191

CH!"NG 5. PH!"NG PHÁP TH#NG KÊ D$ BÁO H%N MÙA CÁC Y!U T" VÀ HI!N T"#NG KHÍ H$U C%C &OAN '

VI!T NAM 5.1 M! "#u

T!"ng t# nh! các v$n %& khoa h'c khác, có hai ph!"ng pháp ti(p c)n v*i bài toán d# báo mùa: ph!"ng pháp th#c nghi+m d#a trên các quan tr,c quá kh- và ph!"ng pháp l. thuy(t xác l)p các mô hình ho/t %0ng c1a h+ th2ng khí h)u. Theo ph!"ng pháp th#c nghi+m, d# báo s3 %!4c xây d#ng d#a trên các quan tr,c có %!4c trong quá kh-. Các quan tr,c này khi kh5o sát s3 cho th$y m0t s2 m2i quan h+ nh$t %6nh gi7a các y(u t2 khí h)u t8 %ó có th9 %!a ra d# báo t!"ng lai trên c" s: s2 li+u quan tr,c trong quá kh-. Theo ph!"ng pháp l. thuy(t, h+ th2ng khí h)u s3 %!4c mô ph;ng b<ng m0t mô hình thích h4p theo m0t s2 quy lu)t v)t l. nào %ó. Mô hình này n(u %!4c ki9m ch-ng s3 cho phép %!a ra các d# báo trong t!"ng lai. Cách gi5i quy(t t2i !u trong tr!=ng h4p này là k(t h4p c5 hai ph!"ng pháp, t)n d>ng %i9m m/nh c1a m?i ph!"ng pháp.

Di@n gi5i m0t cách c> th9, ph!"ng pháp th#c nghi+m trong d# báo mùa %!4c th#c hi+n thông qua các công c> th2ng kê truy&n th2ng v*i nhân t2 d# báo là các quan tr,c trong quá kh- %!4c tA h4p d!*i d/ng các chB s2. Hi+n t/i, ph!"ng pháp l. thuy(t %ang có vai trò th,ng th( và s3 là h!*ng nghiên c-u chính trong t!"ng lai v*i các mô hình khí h)u toàn cCu GCM và các mô hình khí h)u khu v#c RCM. K(t h4p c1a hai ph!"ng pháp này th!=ng %!4c bi(t %(n d!*i tên g'i downscaling th2ng kê (SD) khi quan h+ th2ng kê sD d>ng tr#c ti(p d# báo t8 các mô hình GCM hay RCM làm nhân t2 d# báo bên c/ch các nhân t2 d# báo truy&n th2ng c1a ph!"ng pháp th#c nghi+m.

Y(u t2 d# báo %Cu tiên mà các mô hình th2ng kê kinh nghi+m h!*ng %(n là hi+n t!4ng El Nino. Barnston và Ropelewski (1992) [31] là các tác gi5 %Cu tiên %ã áp d>ng kE thu)t phân tích t!"ng quan canon CCA vào d# báo hi+n t!4ng El Nino. Y(u t2 d# báo bao gFm giá tr6 nhi+t %0 mGt n!*c bi9n SST t/i 8 khu v#c. Nhân t2 d# báo cHng bao gFm các giá tr6 SST nh!ng cho mùa hi+n t/i và sD d>ng thêm y(u t2 áp su$t m#c bi9n pmsl. Tr!*c khi %!a vào CCA, c5 y(u t2 và nhân t2 d# báo %&u %!4c th#c hi+n phân tích thành phCn chính PCA. CCA là m0t kE thu)t th2ng kê tuy(n tính c#c %/i hóa t!"ng quan gi7a hình mIu bi(n %Ai c1a nhân t2 d# báo và y(u t2 d# báo. Trong l*p các kE thu)t tuy(n tính, ngoài CCA m0t s2 ph!"ng pháp cHng khá thông d>ng gFm có ph!"ng pháp hFi quy tuy(n tính và ph!"ng pháp tách giá tr6 kJ d6 SVD. Ph!"ng pháp sau xác %6nh t)p các nhân t2 d# báo gi5i thích %!4c m0t cách t2i !u bi(n %Ai c1a y(u t2 d# báo.

Sau y(u t2 El Nino, các y(u t2 khí h)u %6a ph!"ng nh! l!4ng m!a, nhi+t %0, ... cHng b,t %Cu %!4c quan tâm. M0t s2 các tác gi5 %ã áp d>ng CCA vào d# báo mùa nh! d# báo l!4ng m!a trên các %5o nhi+t %*i : khu v#c Thái Bình D!"ng (He và Barnston, 1996 [144]), các y(u t2 khí h)u b& mGt : Alaska (Barnston và He, 1996 [30]) hay nhi+t %0 và l!4ng m!a : Canada (Shabbar và Barnston, 1996 [287]). Các tác gi5 này th!=ng sD d>ng tr!=ng SST c1a các nKm tr!*c %ó, %ôi khi sD d>ng thêm các tr!=ng trong khí quy9n làm nhân t2 d# báo. Ph!"ng pháp hFi quy tuy(n tính cHng %!4c áp d>ng trong m0t s2 nghiên c-u nh! d# báo l!4ng m!a t/i Nordeste : Brazil (Ward và Folland, 1991 [329]), d# báo nhi+t %0 b& mGt và l!4ng m!a : ME (Unger, 1996 [317]) hay d# báo nhi+t %0 mùa hè n!*c Anh (Colman, 1997 [75]), nhi+t %0 và l!4ng m!a : Hàn

192

Qu2c (Kim và CS, 2007 [183]). M0t s2 tác gi5 sD d>ng ph!"ng pháp th2ng kê ít phA bi(n h"n cho các hi+n t!4ng khí h)u c#c %oan nh! Mishra và Desai (2005) [240] sD d>ng ARIMA d# báo h/n hán.

Song song v*i ph!"ng pháp th2ng kê nh! trên, các mô hình khí h)u cHng %!4c phát tri9n. Thành công %Cu tiên c1a d# báo s2 v*i bài toán d# báo mùa %/t %!4c khi Cane và CS (1986) [60] %ã có th9 d# báo El Nino b<ng m0t mô hình %"n gi5n k(t h4p gi7a m0t mô hình %/i d!"ng và m0t mô hình khí quy9n. Cho t*i nay, các mô hình GCM hay RCM %ã ngày càng tr: nên tinh t( v*i k(t qu5 d# báo vô cùng phong phú. Các nghiên c-u gCn %ây %ã chB ra r<ng k(t h4p gi7a d# báo tA h4p %a mô hình và các kE thu)t th2ng kê s3 %em l/i k(t qu5 t2t nh$t cho bài toán d# báo mùa trên quy mô %6a ph!"ng. Nh! %ã trình bày : trên, ph!"ng pháp này th!=ng %!4c bi(t %(n v*i tên g'i downscaling th2ng kê. B:i v)y, thay vì cách ti(p c)n theo ph!"ng pháp th2ng kê truy&n th2ng, vIn trên h!*ng nghiên c-u th2ng kê, %& tài s3 ti(p c)n bài toán d# báo mùa theo h!*ng downscaling th2ng kê.

Khác v*i th2ng kê truy&n th2ng d#a trên t)p các nhân t2 d# báo t8 quan tr,c quá kh-, các mô hình th2ng kê này d#a trên t)p các nhân t2 d# báo là các tr!=ng d# báo t8 GCM hay RCM. Ngoài ph!"ng pháp SD, trong d# báo khí h)u %6a ph!"ng ng!=i ta còn th#c hi+n downscaling theo ph!"ng pháp downscaling %0ng l#c (DD) ch/y lFng m0t mô hình khu v#c phân gi5i cao trong l!*i d# báo phân gi5i th$p c1a GCM. Ph!"ng pháp này s3 %!4c trình bày trong ch!"ng 6 c1a %& tài.

Cùng v*i s# xu$t hi+n c1a 2 ph!"ng pháp SD và DD, d# báo các hi+n t!4ng khí h)u c#c %oan trên quy mô %6a ph!"ng b,t %Cu nh)n %!4c s# quan tâm c1a c0ng %Fng khoa h'c bên c/ch các y(u t2 thông th!=ng nh! l!4ng m!a hay nhi+t %0. D#a trên các d# báo c1a GCM, Gordon và CS (1992) [133] %ã chB ra r<ng nFng %0 CO2 khi tKng lên s3 dIn %(n nh7ng bi(n %Ai %áng k9 c1a hi+n t!4ng m!a l*n c5 v& tCn xu$t và c!=ng %0. Tuy nhiên, nghiên c-u này m*i chB th#c hi+n trên quy mô l*n. L9 xác %6nh bi(n %Ai c1a các hi+n t!4ng c#c %oan trên quy mô %6a ph!"ng, nKm 2001 Liên minh châu Âu %ã kh:i %0ng d# án STARDEX (Statistical and Regional dynamical Downscaling of Extremes for European regions). D# án k(t thúc vào nKm 2005 v*i 3 k(t lu)n quan tr'ng sau (STARDEX, 2005 [296]): • Bi(n %Ai c1a các y(u t2 c#c tr6 m!a và nhi+t %0 di@n ra m0t cách h+ th2ng và tác %0ng t*i châu Âu trong 40 nKm qua. Nh7ng bi(n %Ai c" b5n s3 ti(p t>c trong t!"ng lai.

• TFn t/i %0 b$t %6nh trong các k6ch b5n bi(n %Ai c1a các y(u t2 c#c tr6 trên quy mô %6a ph!"ng khi downscale t8 quy mô toàn cCu v& quy mô %6a ph!"ng.

• Nên ti(p c)n bài toán bi(n %Ai c1a các y(u t2 c#c tr6 quy mô %6a ph!"ng theo h!*ng %a mô hình dù sD d>ng ph!"ng pháp SD hay DD.

Bên ngoài Liên minh châu Âu, Lim và CS (2009) [214] %ã sD d>ng kE thu)t SD d#a trên mô hình CFS, xác %6nh bi(n %Ai c1a các c#c tr6 l!4ng m!a và tác %0ng c1a các bi(n %Ai này t*i v> mùa t/i %ông nam Hoa KJ., Zhu và CS (2008) [360] ti(p c)n bài toán d# báo l!4ng m!a theo h!*ng %a mô hình d#a trên kE thu)t SD cho khu v#c châu Á – Thái Bình D!"ng

Cách ti(p c)n bài toán d# báo khí h)u c1a ph!"ng pháp SD t!"ng t# nh! cách ti(p c)n c1a ph!"ng pháp perfect prog (PP) trong bài toán d# báo th=i ti(t. Tr!*c h(t, ta gi5 %6nh tFn t/i m0t quan h+ th2ng kê gi7a các y(u t2 khí h)u quy mô l*n v*i các

193

%Gc tr!ng khí h)u trên quy mô %6a ph!"ng. L6nh d/ng quan h+ này %!4c xác %6nh tùy thu0c t8ng ph!"ng pháp mà %"n gi5n nh$t là gi5 %6nh m0t quan h+ tuy(n tính nh! v*i ph!"ng pháp hFi quy tuy(n tính. S2 li+u sD d>ng trong xác %6nh quan h+ này chB gFm các quan tr,c v*i s2 li+u quy mô l*n t8 tr!=ng tái phân tích và s2 li+u khí h)u %6a ph!"ng t/i các tr/m %o.

Quan h+ th2ng kê này sau %ó cCn %!4c ki9m %6nh trên t)p s2 li+u %0c l)p %9 tránh kh5 nKng “quá kh*p” (over-fitting) c1a quan h+ thu %!4c khi sD d>ng t)p s2 li+u ph> thu0c. Cách %"n gi5n %9 ki9m %6nh quan h+ này có th9 th#c hi+n b<ng cách chia t)p s2 li+u quan tr,c thành hai t)p con trong %ó m0t t)p sD d>ng %9 xây d#ng quan h+ th2ng kê và m0t t)p sD d>ng %9 ki9m %6nh quan h+ th2ng kê. Ph-c t/p h"n, %9 %5m b5o %0 tin c)y c1a quan h+ thu %!4c, ng!=i ta có th9 th#c hi+n ki9m tra chéo b<ng cách chia %ôi t)p s2 li+u quan tr,c theo nhi&u cách khác nhau, xây d#ng và ki9m tra trên t8ng cách chia này sau %ó l$y trung bình.

Sau khi %ã khMng %6nh %!4c %0 tin c)y c1a quan h+ th2ng kê này, ng!=i ta áp d>ng vào d# báo v*i các quan tr,c tr!=ng khí h)u quy mô l*n %!4c thay th( b<ng giá tr6 d# báo t!"ng -ng t8 GCM. Li&u này %Fng nghNa v*i gi5 %6nh GCM có kE nKng d# báo v*i ch$t l!4ng t2t các tr!=ng khí h)u trên quy mô l*n và quan h+ th2ng kê gi7a tr!=ng quy mô l*n và y(u t2 %6a ph!"ng có tính phA quát không bi(n %Ai theo th=i gian. Gi5 %6nh sau cùng có th9 không chính xác khi xét trên quy mô nhi&u nKm hay th( kO nh! v*i các d# báo bi(n %Ai khí h)u tuy nhiên trên quy mô tháng hay mùa gi5 thi(t này có th9 ch$p nh)n %!4c.

Gi5 %6nh %Cu tiên liên quan %(n sai s2 d# báo c1a GCM. Sai s2 này khi xu$t hi+n s3 làm xu$t hi+n nh7ng sai s2 t!"ng -ng trong k(t qu5 d# báo theo ph!"ng pháp SD. CCn phân bi+t hai lo/i sai s2 là sai s2 h+ th2ng (bias) và sai s2 ngIu nhiên trong d# báo c1a GCM. Tr!*c khi áp d>ng quan h+ th2ng kê vào d# báo, bias cCn %!4c lo/i b; kh;i các tr!=ng d# báo quy mô l*n c1a GCM. Nh! th(, GCM cCn th#c hi+n tái d# báo (reforecast) %9 có th9 xác %6nh giá tr6 khí h)u c1a mô hình so v*i giá tr6 khí h)u quan tr,c th#c t8 %ó th#c hi+n khD bias. Riêng v*i sai s2 ngIu nhiên không th9 khD b;, ta cCn chú . %(n tác %0ng c1a sai s2 này trong các k(t qu5 d# báo cu2i cùng. Sai s2 này có th9 lo/i b; m0t phCn khi sD d>ng d# báo tA h4p v*i nhân t2 d# báo xác %6nh t8 nhi&u GCM khác nhau do quan h+ th2ng kê %!4c xây d#ng hoàn toàn t8 quan tr,c. Kh5 nKng lo/i b; %!4c sai s2 h+ th2ng và ngIu nhiên là m0t !u %i9m c1a SD so v*i DD.

M>c ti(p theo s3 mô t5 c" s: l. thuy(t c1a các ph!"ng pháp th2ng kê %!4c sD d>ng. Chi ti(t h"n v& mGt th#c hành c1a ph!"ng pháp nh! s2 li+u sD d>ng, cách l#a ch'n t)p các nhân t2 d# báo, y(u t2 d# báo, phân mùa d# báo %!4c trình bày trong m>c sau %ó. Cu2i cùng s3 trình bày nh7ng k(t qu5 thu %!4c.

5.2 C$ s! l% thuy&t Các kE thu)t SD r$t %a d/ng nh!ng có th9 phân chia thành 3 lo/i chính nh! sau:

các s" %F phân l*p th=i ti(t (weather classification schemes), các mô hình hFi quy (regression models) và các b0 sinh th=i ti(t (weather generators) theo Giorgi và CS (2001) [110]. Các s" %F phân l*p th=i ti(t và các b0 sinh th=i ti(t h!*ng %(n d# báo cho t8ng ngày dù h/n d# báo vIn trên quy mô tháng và mùa. Quan tâm ch1 y(u %(n d# báo tháng và mùa, %& tài s3 sD d>ng l*p các ph!"ng pháp theo mô hình hFi quy. Các mô hình hFi quy %6nh l!4ng quan h+ gi7a nhân t2 d# báo và y(u t2 d# báo d!*i d/ng

194

tuy(n tính hoGc phi tuy(n. Các ph!"ng pháp thông d>ng trong l*p các mô hình hFi quy gFm có hFi quy tuy(n tính %a bi(n REG hay MLR (multi-linear regression), phân tích t!"ng quan canon CCA, phân tích riêng bi+t Fisher FDA, m/ng t( bào thCn kinh nhân t/o ANN, ... Ba kE thu)t s3 %!4c -ng d>ng trong %& tài gFm REG, ANN và FDA. D!*i %ây là mô t5 v& l. thuy(t các kE thu)t này.

5.2.1 H!i quy tuy"n tính #a bi"n REG Bài toán hFi quy tuy(n tính %a bi(n có d/ng nh! sau: xác %6nh t)p p+1 các h+ s2

t# do ai c1a ph!"ng trình tuy(n tính v*i sai s2 e d# báo y(u t2 Y theo t)p p các nhân t2 d# báo Xi

Y= a0 + a1X1+ … + apXp + e (5.2.1) t8 t)p s2 li+u quá kh- và áp d>ng d# báo t!"ng lai. Các h+ s2 ai s3 %!4c xác %6nh

theo ph!"ng pháp bình ph!"ng t2i thi9u d#a trên t)p s2 li+u training dung l!4ng mIu n. Vi(t d!*i d/ng ma tr)n công th-c tính vector h+ s2 ai có d/ng sau

a = (XTX)-1XTy (5.2.2) trong %ó y là vector y(u t2 d# báo kích th!*c n, X là ma tr)n nhân t2 d# báo kích

th!*c (p+1)!n v*i m?i vector c0t t!"ng -ng m0t vector nhân t2 d# báo kích th!*c n. Ch$t l!4ng c1a %!=ng hFi quy %!4c xác %6nh thông qua h+ s2 R2 hay còn g'i là

RV (Reduction of Variance) cho bi(t tO l+ bi(n %0ng c1a y(u t2 d# báo %!4c gi5i thích b:i %!=ng hFi quy. H+ s2 này %!4c k. hi+u là R2 b:i cKn b)c hai c1a nó chính là h+ s2 t!"ng quan Pearson gi7a t)p các giá tr6 Y xác %6nh t8 ph!"ng trình hFi quy và t)p các giá tr6 Y trên th#c t( t8 t)p s2 li+u training. V& mGt toán h'c, R2 %!4c xác %6nh b:i

SSTSSE

SSTSSRR !== 12 (5.2.3)

trong %ó SSR, SST và SSE %!4c tính theo công th-c sau:

!=

"=n

ii yySST

1

2)( (5.2.4)

!=

"=n

ii yxySSR

1

2])(ˆ[ (5.2.5)

!!==

"==n

iii

n

ii yyeSSE

1

2

1

2 )ˆ( (5.2.6)

v*i s2 h/ng y mH là giá tr6 c1a y xác %6nh theo ph!"ng trình hFi quy, s2 h/ng y có d$u g/ch ngang là trung bình c1a y trên t)p training, s2 h/ng y không có k. hi+u %Gc bi+t nào là giá tr6 quan tr,c th#c c1a y và e chính là sai s2 hFi quy.

Khi có m0t t)p l*n các s2 h/ng có t!"ng quan lIn nhau có th9 tr: thành nhân t2 d# báo REG th!=ng sD d>ng kE thu)t hFi quy t8ng b!*c. Các s2 h/ng s3 %!4c %!a dCn vào ph!"ng trình hFi quy v*i p tKng dCn t8 1 cho %(n m0t giá tr6 nào %ó th;a mãn tiêu chuPn d8ng.T/i m?i b!*c m0t s2 h/ng s3 %!4c l#a ch'n n(u so v*i t$t c5 các s2 h/ng khác s2 h/ng %!a vào cho sai s2 c1a ph!"ng trình hFi quy th$p nh$t. Tiêu chuPn d8ng %!4c xác %6nh v*i m0t s2 phCn trKm cho tr!*c khi các s2 h/ng %!a thêm vào ph!"ng trình hFi quy không làm gi5m thêm sai s2 c1a ph!"ng trình hFi quy v!4t quá s2 phCn trKm này.

195

Khi -ng d>ng REG vào d# báo xác su$t REG %!4c bi(t %(n v*i tên g'i REEP (Regression Estimation of Event Probabilities) (Glahn, 1985 [119]). Khái ni+m d# báo xác su$t : %ây ng> . y(u t2 d# báo là m0t bi(n xác su$t, không ph5i m0t bi(n có giá tr6 c> th9 (ví d> y(u t2 d# báo là xác su$t xu$t hi+n m!a ch- không ph5i là giá tr6 l!4ng m!a). Do %ó, y(u t2 d# báo trong t)p s2 li+u ph> thu0c tr!*c h(t cCn %!4c chuy9n %Ai v& d/ng nh6 phân 0 hoGc 1. Giá tr6 0 c1a y(u t2 d# báo cho bi(t hi+n t!4ng không x5y ra và giá tr6 1 cho bi(t hi+n t!4ng có x5y ra. MGc dù t)p y(u t2 d# báo ph> thu0c chB bao gFm giá tr6 0, 1, khi áp d>ng d# báo trong th#c t(, y(u t2 d# báo s3 có giá tr6 bi(n thiên trong kho5ng [0,1] cho ta xác su$t d# báo hi+n t!4ng. Tuy nhiên, các giá tr6 !*c l!4ng c1a y(u t2 d# báo vIn có th9 nh)n các giá tr6 nh; h"n 0 và l*n h"n 1. H/n ch( này %!4c kh,c ph>c b<ng cách chBnh l/i các giá tr6 v!4t ng!Qng v& các giá tr6 0 và 1.

5.2.2 M$ng th%n kinh nhân t$o ANN M/ng thCn kinh nhân t/o (Artificial Neural Network - ANN) %ã %!4c bi(t %(n t8

lâu tr!*c khi xu$t hi+n c1a máy tính %i+n tD, nh!ng không có nhi&u k(t qu5 do h/n ch( c1a công ngh+ tính toán t/i th=i %i9m %ó. Ngày nay kh5 nKng tính toán t2c %0 cao và dung l!4ng l*n c1a máy tính hi+n %/i %ã t/o %i&u ki+n thu)n l4i cho s# phát tri9n c1a ANN. Vi+c nghiên c-u ANN xu$t phát t8 nh7ng quan sát ho/t %0ng c1a b0 não và các t( bào thCn kinh. ANN là s# mô ph;ng c$u trúc và ho/t %0ng c1a b0 não ng!=i, %!4c hình thành t8 nh7ng %"n v6 riêng lR g'i là nh7ng t( bào thCn kinh nhân t/o (hay neuron nhân t/o). B5n ch$t c1a ph!"ng pháp là vi+c tìm m0t hàm x$p xB cho chu?i s2 li+u nghiên c-u v*i sai s2 mà ta ch'n. V*i m0t chu?i s2 li+u %1 dài và các nhân t2 thích h4p, ng!=i ta có th9 tìm ra qui lu)t bi(n %Ai, giá tr6 n&n c1a y(u t2 d# báo.

S2 l*p m/ng ANN là r$t %a d/ng, phân bi+t theo c$u hình m/ng, ph!"ng th-c c#c ti9u, ... L& tài này sD d>ng m0t lo/i ANN phA bi(n là m/ng feed-forward (xem hình 5.1). M/ng feed-forward có c$u trúc gFm nhi&u l*p các neuron khác nhau bao gFm: m0t l*p %Cu vào, m0t l*p %Cu ra và có hoGc không có m0t hay nhi&u l*p Pn. Các neuron : hai l*p k& nhau có liên k(t v*i nhau thông qua các tr'ng s2, các neuron cùng m0t l*p hoGc : hai l*p không k& nhau không có liên k(t v*i nhau.

Neuron là %"n v6 c" s: c1a m0t m/ng thCn kinh nhân t/o. M0t neuron nh)n các giá tr6 %Cu vào th#c, giá tr6 %Cu ra là giá hàm ng!Qng ! v*i %2i s2 là tA h4p tuy(n tính các giá tr6 %Cu vào. Gi5 sD các giá tr6 %Cu vào là véct" x!= {x1,...,xn}, các tr'ng s2 t!"ng -ng là véct" w! = {w1,..., wn},. TA h4p tuy(n tính c1a các giá tr6 %Cu vào là:

Hình 5.1 S" #$ m%ng feed-forward

m&t l'p (n

u = w1x1 + ... + wnxn (5.2.7) Giá tr6 %Cu ra ( ) ( )uwxo += 0!! (5.2.8)

trong %ó w0 là m0t giá tr6 th#c thêm vào g'i là %0 l+ch (bias). N(u ta %!a thêm k. hi+u x0=1, ta có

196

( ) !"

#$%

&= '

=

n

iii xwxo

0(

! (5.2.9)

Hàm ), còn %!4c g'i là hàm kích ho/t (activation), có m0t s2 d/ng sau %ây: Hàm ng!Qng (threshold).

( )!"#

<

$=

0v khi

0v khi

01

v% (5.2.10)

Hàm tuy(n tính - tr"n t8ng %o/n (piecewise-linear)

( )

!!!

"

!!!

#

$

%

<<

&

=

21

- v khi

21

- khi

21

v khi

0

21

1

vvv' (5.2.11)

Hàm d/ng sigma (sigmoid)

( )( )av

v!+

=exp11

" (5.2.12)

v*i a là tham s2 %0 d2c. L& tài sD d>ng ANN feed-forward v*i m0t l*p Pn, các neuron thu0c l*p Pn nh)n

hàm kích ho/t d/ng sigma v*i h+ s2 a=1, các neuron thu0c l*p %Cu ra không sD d>ng hàm kích ho/t. Ta %6nh nghNa sai s2 E là tAng các sai s2 trên t$t c5 các neuron %Cu ra:

( ) ( )! !" "

#=Dd outputsk

kdkd otwE 2

21! (5.2.13)

v*i D là t)p s2 li+u luy+n, td là giá tr6 %ích (giá tr6 mong mu2n), od là giá tr6 %Cu ra c1a ví d> luy+n th- d. M>c %ích c1a chúng ta là c#c ti9u hóa E trong không gian w! . Quá trình c#c ti9u hóa này (còn %!4c hi9u là quá trình h'c c1a ANN) %!4c ti(n hành theo thu)t toán lan truy&n ng!4c. C> th9 xD l. toán h'c c1a quá trình này có th9 tìm hi9u trong các tài li+u tham kh5o v& ANN. K(t qu5 cu2i cùng s3 là t)p các tr'ng s2 w và áp d>ng m/ng ANN thu %!4c vào d# báo.

5.2.3 Phân tích riêng bi&t Fisher (FDA) Ph!"ng pháp phân tích riêng bi+t (g'i t,t là FDA - Fisher Discriminant Analysis)

%!4c phát tri9n t8 nKm 1936 b:i R. A. Fisher là m0t kE thu)t th2ng kê dùng %9 phân lo/i/d# báo các %2i t!4ng cCn nghiên c-u (nh! con ng!=i, khách hàng, %F v)t, …) vào trong m0t hoGc nhi&u nhóm/l*p %ã %!4c bi(t tr!*c d#a trên m0t t)p các %Gc tính mô t5 các %2i t!4ng %ó (gi*i tính, %0 tuAi, thu nh)p, …). Hay nói m0t cách %"n gi5n, là gán m0t %2i t!4ng vào trong m0t nhóm thu0c các nhóm cho tr!*c d#a trên các quan tr,c v& %2i t!4ng này.

Trong phân tích FDA, các nhóm %ã %!4c bi(t và các thu0c tính %ã %!4c quan tr,c cho t8ng %2i t!4ng c> th9. Do %ó, bài toán FDA t)p trung vào tr5 l=i cho 2 câu h;i nh! sau: 1) Nh7ng %Gc tính nào là t2t nh$t cho vi+c phân lo/i các %2i t!4ng vào trong các nhóm; và 2) Tiêu chuPn phân lo/i nào là t2t nh$t %9 tách bi+t các nhóm.

197

Câu h;i th- nh$t liên quan %(n l#a ch'n %Gc tính và câu h;i còn l/i liên quan %(n bài toán phân lo/i. V& mGt ph!"ng pháp lu)n, FDA có th9 %!4c mô t5 nh! sau: gi5 sD có m0t t)p các vector s2 li+u x bao hàm K y(u t2 (hay là các vector K chi&u) và chúng ta mong mu2n phân lo/i các vector d7 li+u này vào 2 nhóm d#a trên các y(u t2 vector riêng lR xk. N(u các nhóm %ã %!4c chB %6nh tr!*c, thì bài toán tr: thành quá trình phân lo/i các vector d7 li+u vào trong các nhóm. Do v)y, %9 phân lo/i m0t vector quan tr,c vào trong các nhóm nói trên, cCn thi(t ph5i có m0t t)p s2 li+u ph> thu0c trong %ó các vector xk %ã %!4c gán cho t8ng nhóm c> th9. Vi+c tìm ra các nguyên t,c/tiêu chuPn %9 gán vector d7 li+u x vào trong các nhóm cho tr!*c chính là m>c tiêu c1a ph!"ng pháp FDA và sau khi %ã tìm ra %!4c các tiêu chuPn phân bi+t, thì FDA có th9 %!4c sD d>ng nh! m0t ph!"ng pháp d# báo.

Gi5 sD trong ma tr)n quan tr,c x có n1 vector quan tr,c thu0c vào nhóm 1 và n2 quan tr,c thu0c vào nhóm 2. Hay nói cách khác, ma tr)n ban %Cu x có th9 tách thành 2 ma tr)n con t!"ng -ng là X1 có kích th!*c là (n1 " K) và ma tr)n X2 có kích th!*c là (n2 " K). M>c tiêu c1a FDA là tìm %!4c m0t hàm tuy(n tính c1a K nhân t2 (hay còn g'i là hàm riêng bi+t) sao cho m0t vector quan tr,c K chi&u y nào %ó s3 %!4c phân lo/i m0t cách chính xác vào nhóm 1 hoGc nhóm 2. L9 tìm ra hàm riêng bi+t, tr!*c h(t cCn tính 2 vector trung bình %Gc tr!ng cho 2 nhóm theo công th-c nh! sau:

[ ] 1,2 g =

!!!!!!!!!

"

#

$$$$$$$$$

%

&

==

'

'

'

=

=

=

,

1...

1

1

11

1,

12,

11,

g

g

g

n

iKi

g

n

ii

g

n

ii

g

Tg

gg

xn

xn

xn

Xn

x (5.2.14)

: %ây 1 là vector %"n v6 có kích th!*c (n " 1) v*i n = n1 + n2, k. hi+u mH T mô t5 ma tr)n chuy9n v6. Vi+c tính toán trung bình trong công th-c (5.2.10) %!4c tính toán riêng bi+t cho t8ng nhóm. FDA gi5 thi(t ma tr)n ph!"ng sai-hi+p bi(n (co-variance matrix, v& sau g'i t,t là ma tr)n hi+p bi(n) trong 2 nhóm là nh! nhau. Gi5 thi(t này có nghNa 2 vector trung bình c1a 2 nhóm có th9 khác nhau nh!ng b5n ch$t phân tán c1a các %i9m d7 li+u quanh vector trung bình nh! nhau. D#a trên các ma tr)n quan tr,c X1 và X2, các ma tr)n hi+p bi(n S1 và S2 s3 %!4c tính theo các công th-c sau:

[ ] [ ] [ ][ ] 1,2 g, =!=" gg

gg Xn

XX 11 (5.2.15)

[ ] [ ] [ ] 1,2 g, =!!"

= gT

gg

g XXn

S1

1 (5.2.16)

trong %ó gX ! là ma tr)n trung tâm/d6 th!=ng c1a nhóm th- g có kích th!*c (ng x K) và 1 là ma tr)n %"n v6 có kích th!*c (ng x ng). Do b5n ch$t phân tán c1a 2 ma tr)n S1 và S2 %!4c gi5 thi(t là nh! nhau, hai ma tr)n này s3 %!4c l$y trung bình %9 thu %!4c m0t !*c l!4ng chung v& s# phân tán c1a d7 li+u xung quanh các vector trung bình c1a chúng. C> th9:

198

[ ] [ ] [ ])1()1()1(

21

2211

!+

!+!=

nnSnSnS (5.2.17)

N(u n1 = n2, ph!"ng trình (5.2.17) s3 tr: thành d/ng trung bình c0ng %"n gi5n gi7a S1 và S2. M>c tiêu c1a FDA là tìm ra m0t h!*ng d trong không gian d7 li+u K chi&u sao cho kho5ng cách gi7a hai vector trung bình c1a hai nhóm là c#c %/i khi toàn b0 d7 li+u %!4c chi(u lên h!*ng d này. Nh! v)y, vector d7 li+u x s3 %!4c bi(n %Ai sang m0t bi(n m*i là xdT=! (bi(n ! còn %!4c g'i là hàm riêng bi+t tuy(n tính). Hay nói cách khác, hai nhóm c1a d7 li+u %a bi(n trên không gian K chi&u s3 %!4c chuy9n v& thành 2 nhóm c1a d7 li+u %"n bi(n %!4c phân b2 d'c theo tr>c d v*i hai giá tr6 trung bình khác nhau. Vector riêng bi+t d xác %6nh h!*ng trong %ó s# tách bi+t gi7a 2 nhóm là c#c %/i s3 %!4c xác %6nh theo công th-c sau:

[ ] )( 211 xxSd != ! (5.2.18)

Vi+c xác %6nh m0t vector quan tr,c y trong t!"ng lai s3 thu0c vào nhóm 1 hay nhóm 2 có th9 %!4c th#c hi+n d#a trên giá tr6 c1a bi(n ydTy =! (th#c ch$t là chi(u vector y lên h!*ng d). Có th9 th$y hàm riêng bi+t y! là m0t s# k(t h4p tuy(n tính c1a các y(u t2/nhân t2 trong vector y. Do %ó, n(u phép chi(u c1a vector y lên tr>c d gCn v*i vector trung bình c1a nhóm 1 thì vector y s3 %!4c phân lo/i thu0c v& nhóm 1 và ng!4c l/i. L9 thu)n ti+n cho vi+c so sánh, m0t %i9m n<m gi7a hai vector trung bình nhóm d'c theo h!*ng d s3 %!4c xác %6nh nh! sau:

221 xx

dT+

=! (5.2.19)

Giá tr6 ! s3 xác %6nh %!=ng phân chia c1a hàm riêng bi+t y! %2i v*i vector quan tr,c y. C> th9:

vector quan tr,c y s3 thu0c v& nhóm 1 n(u 0!"## y

vector quan tr,c y s3 thu0c v& nhóm 2 n(u 0<!"" y

5.3 Các b'(c th)c hi*n 5.3.1 '(t bài toán

D#a trên t)p s2 li+u tái phân tích %Gc tr!ng cho các tr!=ng khí h)u quan tr,c quy mô l*n và s2 li+u khí h)u quy mô %6a ph!"ng quan tr,c %!4c t/i các tr/m %o, %& tài s3 áp d>ng m0t s2 kE thu)t th2ng kê SD nh! %ã nêu trong m>c 5.2 xác %6nh quan h+ th2ng kê có th9 gi7a các y(u t2 quy mô l*n v*i các y(u t2 %6a ph!"ng trên khu v#c Vi+t Nam. Các quan h+ này n(u %!4c khMng %6nh trên t)p s2 li+u %0c l)p s3 %!4c áp d>ng vào bài toán d# báo khí h)u trên quy mô tháng và mùa v*i t)p nhân t2 t8 d# báo c1a mô hình toàn cCu GCM nào %ó. Tùy thu0c vào b5n ch$t t8ng y(u t2 d# báo mà %& tài s3 l#a ch'n m0t s2 ph!"ng pháp thích h4p. V*i m?i y(u t2 d# báo, s3 có hai ph!"ng pháp khác nhau %!4c sD d>ng v*i m>c %ích xác %6nh m0t ph!"ng án có ch$t l!4ng d# báo t2t nh$t. Các bài toán s3 %!4c ti(n hành bao gFm: • D# báo nhi+t %0 c#c tr6 b<ng REG và ANN • D# báo s2 %4t m!a l*n b<ng REG và ANN • D# báo s2 %4t không khí l/nh b<ng REG và ANN • D# báo kh5 nKng xu$t hi+n n,ng nóng và rét %)m b<ng REEP và FDA

199

Nh! v)y : %ây ch1 y(u sD d>ng hai kE thu)t REG và ANN cho các y(u t2 d# báo khác nhau. Riêng v*i các y(u t2 d# báo mang tính xác su$t, REG s3 %!4c thay th( b:i bi(n th9 t!"ng -ng c1a nó là REEP còn ANN %!4c thay th( b<ng FDA.

D# báo s3 %!4c th#c hi+n cho toàn b0 các %i9m tr/m khí t!4ng trên lãnh thA Vi+t Nam n(u chu?i s2 li+u %1 dài %5m b5o xây d#ng ph!"ng trình th2ng kê. Các y(u t2 nh! s2 %4t không khí l/nh hay n,ng nóng có th9 %!a ra d# báo cho khu v#c thay vì t/i %i9m tr/m. Tuy nhiên d# báo cho khu v#c có nh7ng khó khKn nh$t %6nh khi s2 tr/m phân b2 trong m?i khu v#c không %1 dày %9 có th9 xác %6nh khu v#c %ó có tr5i qua m0t %4t hi+n t!4ng (chMng h/n, m!a l*n hay n,ng nóng) không. Ngoài ra %0 cao không %Fng nh$t t/i m?i khu v#c cHng tác %0ng %(n vi+c xác %6nh y(u t2 d# báo t/i %ây. Ví d> n(u xét %(n y(u t2 rét %)m, do tr/m Sa Pa trên vùng núi cao nên nhi+t %0 trung bình th!=ng nh; h"n 150 t!"ng -ng v*i chB tiêu rét %)m. Do v)y, tr!*c h(t cCn kh5o sát kh5 nKng d# báo các y(u t2 này t/i %i9m tr/m b<ng m0t cách %6nh l!4ng thích h4p d#a trên %Gc tr!ng khí h)u t/i m?i %i9m tr/m. N(u d# báo t/i %i9m tr/m có k(t qu5 t2t, d# báo theo khu v#c s3 %!4c th#c hi+n. CHng có th9 %!a ra d# báo cho khu v#c d#a trên các d# báo t/i %i9m tr/m trên khu v#c %ó. T$t nhiên nh7ng y(u t2 nh! nhi+t %0 c#c tr6 chB nên th#c hi+n d# báo t/i %i9m tr/m.

Tùy thu0c y(u t2 d# báo mà h/n d# báo có th9 là tháng hoGc mùa. V*i y(u t2 d# báo nh! s2 %4t m!a l*n hay s2 %4t không khí l/nh rõ ràng h/n d# báo ph5i là h/n mùa b:i n(u l$y h/n d# báo tháng, s2 %4t trong m?i tháng s3 bi(n %Ai trên ph/m vi hSp không thích h4p cho bài toán d# báo. V*i nhi+t %0 c#c tr6 hay kh5 nKng xu$t hi+n n,ng nóng và rét %)m, h/n d# báo tháng s3 %!4c sD d>ng.

Ngoài nh7ng y(u t2 và hi+n t!4ng trên %ây, ho/t %0ng c1a bão, ATNL (t8 %ây g'i chung là bão) cHng %!4c xem là hi+n t!4ng c#c %oan cCn d# báo. LGc tr!ng cho s# ho/t %0ng c1a bão là s2 c"n bão và s2 ngày bão ho/t %0ng. Nh! v)y các bài toán s3 %!4c ti(n hành : %ây là d# báo: • S2 ngày ho/t %0ng và s2 c"n bão c1a BVN • S2 ngày ho/t %0ng và s2 c"n bão c1a BBD

5.3.2 Y"u t) d* báo Các y(u t2 d# báo nh! %ã nêu trong m>c trên gFm có nhi+t %0 c#c tr6, s2 %4t m!a

l*n, s2 %4t không khí l/nh và kh5 nKng xu$t hi+n n,ng nóng và rét %)m. M>c này s3 trình bày ph!"ng pháp %6nh l!4ng hóa các y(u t2 này %9 có th9 %!a vào mô hình th2ng kê. V*i y(u t2 d# báo nh! nhi+t %0 c#c tr6, giá tr6 c1a y(u t2 d# báo %"n gi5n chính là giá tr6 nhi+t %0 c#c tr6 trung bình tháng %o %!4c t/i tr/m. Các y(u t2 khác %6nh l!4ng s3 ph-c t/p h"n do y(u t2 %!a ra ph5i mang tính phA quát t/i m'i %i9m tr/m không ph> thu0c %Gc tr!ng khí h)u c1a tr/m. Ví d> do xác %6nh tr!*c ng!Qng rét %)m là 150C, nh7ng tr/m t/i vùng núi cao nh! Sa Pa hay Là L/t s3 th!=ng xuyên xu$t hi+n rét %)m dù %i&u này th9 hi+n %Gc tính khí h)u c1a tr/m h"n là các y(u t2 liên quan %(n front l/nh. N(u thay vì ng!Qng 150C nh! trên, ta xác %6nh y(u t2 d# báo là nhi+t %0 nh; h"n phân v6 10% c1a phân b2 khí h)u t/i tr/m thì cách xác %6nh nh! v)y %5m b5o tính phA quát t/i m'i %i9m tr/m t8 các tr/m vùng khí h)u núi cao cho t*i các tr/m vùng khí h)u bi9n %5o. Nhi+t %0 d!*i phân v6 10% %Fng nghNa v*i s# ki+n hi(m (l/nh b$t th!=ng) x5y ra t/i tr/m.

200

M>c tiêu c1a %& tài h!*ng %(n d# báo các y(u t2 khí h)u c#c %oan do %ó cách ti(p c)n theo h!*ng các phân v6 10% hay 90% nh! trên cCn %!4c th#c hi+n. NghNa là y(u t2 khí h)u c#c %oan cCn %!4c so sánh t!"ng %2i v*i phân b2 khí h)u t/i %i9m tr/m. So sánh tuy+t %2i nh! v*i ng!Qng 150C cHng có th9 th#c hi+n v*i %i&u ki+n ng!Qng này không n<m quá gCn phân v6 50% (median) c1a phân b2 t/i %i9m tr/m. L& tài s3 l#a ch'n hai ng!Qng phân v6 33% và 66% nh! %i&u ki+n cCn %9 có th9 xây d#ng mô hình th2ng kê v*i m0t y(u t2 nào %ó t/i tr/m. Tùy theo t8ng y(u t2 mà phân v6 d!*i 33% hay phân v6 trên 66% s3 %!4c sD d>ng b:i m0t hi+n t!4ng chB %!4c coi là c#c %oan khi ng!Qng t!"ng -ng v*i hi+n t!4ng n<m v& phía hai %Cu c1a phân b2.

Ví d>, v*i rét %)m hay không khí l/nh, phân v6 33% cCn ph5i l*n h"n 150C %9 có th9 coi rét %)m là hi+n t!4ng c#c %oan t/i tr/m. T!"ng t# v*i n,ng nóng và m!a l*n, phân v6 66% cCn ph5i nh; h"n 350C và 50mm t!"ng -ng. Riêng v*i hi+n t!4ng n,ng nóng theo %6nh nghNa %!4c áp d>ng t/i Trung tâm D# báo Khí t!4ng Th1y vKn Trung !"ng còn ph5i xét thêm y(u t2 %0 Pm t!"ng %2i c#c ti9u (t-c khô nóng), nh!ng : %ây chB áp d>ng %i&u ki+n cCn 66% nh! trên v*i nhi+t %0.

Hai y(u t2 kh5 nKng xu$t hi+n n,ng nóng và rét %)m %!4c %6nh l!4ng d!*i d/ng nh6 phân 0,1. Hi+n t!4ng %!4c coi x5y ra trong tháng n(u có nhi&u h"n hoGc b<ng m0t ngày các chB tiêu v*i n,ng nóng (Tx > 350C) và rét %)m (Ttb < 150C) %/t %!4c. M0t %4t không khí l/nh t/i tr/m %!4c %6nh nghNa b:i s# xu$t hi+n c1a m0t s2 ngày liên ti(p x5y ra hi+n t!4ng rét %)m t/i tr/m. M0t %4t m!a l*n cHng %!4c %6nh nghNa t!"ng t# v*i hi+n t!4ng m!a l*n (l!4ng m!a tích lHy 24h l*n h"n 50mm).

L2i v*i s# ho/t %0ng c1a bão, mùa bão : Vi+t Nam và trên Bi9n Lông là t8 tháng 6 %(n tháng 12 hàng nKm. Do %ó y(u t2 d# báo s3 là d6 th!=ng s2 ngày ho/t %0ng và s2 c"n bão trong mùa bão so v*i th=i kJ chuPn 1971 – 2000. Th:i %i9m b,t %Cu làm d# báo là tháng 4 hàng nKm.

5.3.3 Nhân t) d* báo S2 li+u tái phân tích NNRP2 c1a NCEP s3 %!4c sD d>ng làm nhân t2 d# báo

t!"ng -ng v*i th=i gian quan tr,c c1a y(u t2 d# báo khi xây d#ng quan h+ th2ng kê. Khi áp d>ng vào d# báo, s2 li+u d# báo toàn cCu t8 mô hình CFS cHng c1a NCEP s3 thay th( cho s2 li+u NNRP2. C5 hai t)p s2 li+u này %&u %!4c cho trên l!*i kinh vN %0 phân gi5i 2.50. Các bi(n có th9 tr: thành nhân t2 d# báo chB bao gFm các bi(n c" b5n: áp su$t m#c bi9n PMSL, %0 %6a th( v6 h, gió u,v, nhi+t %0 T và %0 Pm RH t/i các m#c áp su$t c" b5n 1000, 850, 700, 500mb. Tùy thu0c h/n d# báo c1a y(u t2 mà các tr!=ng nhân t2 s3 là tr!=ng khí h)u trung bình tháng hay trung bình mùa.

T8 tr!=ng tái phân tích hay d# báo trên l!*i, các nhân t2 d# báo cCn %!4c xác %6nh t/i %i9m tr/m b<ng m0t ph!"ng pháp thích h4p. L& tài s3 thD nghi+m hai ph!"ng pháp khác nhau khi ch'n các nhân t2 d# báo có th9 cho m?i %i9m tr/m. Theo ph!"ng án %"n gi5n nh$t, giá tr6 các bi(n d# báo nêu trên t/i %i9m l!*i gCn nh$t s3 %!4c sD d>ng khi tuy9n ch'n nhân t2 d# báo cho %i9m tr/m t!"ng -ng. Nh! v)y, v*i m?i th=i %i9m, m?i %i9m tr/m s3 có 21 bi(n có th9 sD d>ng làm nhân t2 d# báo. Ph!"ng án hai ph-c t/p h"n, sD d>ng kE thu)t phân tích thành phCn chính PCA trên m0t mi&n cho tr!*c c1a m?i tr!=ng khí quy9n %9 xác %6nh các thành phCn chính PCx trên mi&n này. Các thành phCn chính PCx này sau %ó s3 %!4c sD d>ng làm nhân t2 d# báo v*i %i&u ki+n hàm tr#c giao t!"ng -ng EOFx gi5i thích %!4c ít nh$t 5% bi(n %0ng c1a tr!=ng này. V*i m?i tr!=ng, t/i m?i m#c, ta s3 có ít nh$t m0t PCx có th9 tr: thành nhân t2 d#

201

báo và do %ó t/i m?i %i9m tr/m s2 bi(n có th9 sD d>ng làm nhân t2 d# báo s3 l*n h"n 21. Khác v*i ph!"ng pháp l$y %i9m gCn nh$t, theo ph!"ng pháp này m'i %i9m tr/m s3 cùng chung t)p các nhân t2 d# báo có th9. Khó khKn ch1 y(u v*i ph!"ng pháp này n<m : khâu l#a ch'n mi&n xác %6nh các thành phCn chính.

L9 có m0t t)p nhân t2 d# báo v*i b)c %0 l*n t!"ng %!"ng, các nhân t2 d# báo cCn %!4c chuPn hóa tr!*c khi xây d#ng ph!"ng trình th2ng kê. Li&u này khá hi9n nhiên, n(u quan sát các bi(n d# báo : trên có th9 th$y v*i m0t t)p l*n các bi(n d# báo %!4c %!a vào tuy9n ch'n, b)c %0 l*n bi(n thiên khá r0ng. T$t nhiên các bi(n này khác nhau v& th- nguyên và không th9 so sánh v*i nhau, nh!ng ph!"ng trình th2ng kê xem các nhân t2 d# báo nh! nhau, không phân bi+t th- nguyên. B)c %0 l*n chênh l+ch quá l*n gi7a các nhân t2 d# báo s3 dIn %(n sai sót trong xây d#ng ph!"ng trình th2ng kê khi các %/i l!4ng quá l*n hay quá nh; s3 b6 b; qua. L9 kh,c ph>c v$n %& này, t)p h4p các nhân t2 d# báo s3 %!4c chuPn hóa v& m0t t)p h4p nhân t2 m*i theo công th-c nh! sau:

k

kkk sd

xxx

!=ˆ (5.3.1)

: %ây kx̂ là giá tr6 chuPn hóa c1a nhân t2 d# báo th- kx , kx và ksd t!"ng -ng là giá tr6 trung bình và %0 l+ch chuPn c1a nhân t2 xk xác %6nh t8 t)p s2 li+u quá kh-. Sau khi %!4c chuPn hóa, các nhân t2 m*i kx̂ là vô th- nguyên và có giá tr6 t)p trung trong kho5ng t8 -3 cho %(n +3.

Quá trình tuy9n ch'n nhân t2 s3 %!4c th#c hi+n d#a theo chB s2 R2 hay RV. Quá trình này s3 d8ng l/i khi RV không tKng thêm v*i m0t tO l+ phCn trKm cho tr!*c nào %ó so v*i RV c1a b!*c tr!*c %ó. TO l+ này %!4c g'i là tO l+ d8ng, %óng vai trò quan tr'ng quy(t %6nh t*i s2 l!4ng nhân t2 d# báo. N(u tO l+ d8ng quá nh;, hi+n t!4ng quá kh*p (overfitting) có th9 x5y ra. MGc dù RV xác %6nh t8 t)p s2 li+u ph> thu0c có giá tr6 l*n nh!ng RV xác %6nh t8 t)p s2 li+u %0c l)p s3 có giá tr6 nh;, th)m chí âm. N(u tD l+ d8ng quá l*n, m0t s2 thông tin d# báo quan tr'ng s3 không d!4c %!a vào ph!"ng trình d# báo và RV s3 có giá tr6 nh;. L9 xác %6nh tO l+ d8ng t2i !u, ta s3 hi9n th6 %Fng th=i giá tr6 RV tính t8 t)p s2 li+u ph> thu0c và t)p s2 li+u %0c l)p d#a theo các tO l+ d8ng khác nhau nh! trên hình 5.2. Có th9 th$y RV xác %6nh trên t)p s2 li+u ph> thu0c tKng dCn khi tO l+ d8ng gi5m dCn nh!ng RV xác %6nh trên t)p s2 li+u %0c l)p b,t %Cu gi5m khi tO l+ d8ng v!4t quá 2% v*i MLR và 7% v*i ANN. TO l+ d8ng 2% và 7% do %ó có th9 xem là tO l+ d8ng t2i !u trong nh7ng tr!=ng h4p này. Nh! v)y không có m0t tO l+ d8ng duy nh$t t2i !u cho m'i y(u t2 d# báo và m'i ph!"ng pháp.

ChB s2 RV %!4c %6nh nghNa trong ph!"ng pháp hFi quy tuy(n tính. Khi sD d>ng cho mô hình ANN, cCn ph5i hi9u RV nh! là bình ph!"ng c1a h+ s2 t!"ng quan gi7a y(u t2 d# báo b:i mô hình v*i quan tr,c th#c c1a y(u t2 d# báo. Riêng v*i các y(u t2 hi+n t!4ng, ta không sD d>ng chB s2 RV khi tuy9n ch'n mà sD d>ng chB s2 BSS. Ví d> v& bi(n thiên c1a BSS trong quá trình tuy9n ch'n nhân t2 %!4c cho trên hình 5.3. Chi ti(t v& d/ng toán h'c c1a các chB s2 RV và BSS %ã %!4c trình bày trong ch!"ng 2.

Khác v*i cách ti(p c)n downscaling th2ng kê, d# báo s# ho/t %0ng c1a bão %!4c th#c hi+n theo ph!"ng pháp th2ng kê truy&n th2ng. Do %ó nhân t2 d# báo %!4c sD d>ng 2 nhóm nhân t2 là: Nhóm các chB s2 khí h)u và Nhóm chB s2 hoàn l!u (b5ng 5.1).

202

Hình 5.2 Ch* s+ RV trung bình trên khu v,c Vi-t Nam vào mùa xuân khi xây d,ng quan h- th+ng kê có tuy.n ch/n nhân t+ t0ng b1'c theo MLR và ANN cho nhi-t #&

trung bình tháng t t0 s+ li-u tái phân tích NNRP2

5.3.4 Xây d*ng các ph+,ng trình d* báo Các ph!"ng pháp REG, ANN, REEP và FDA %ã %!4c trình bày v& mGt l. thuy(t

trong m>c 2.2, phCn d!*i %ây liên quan %(n mGt th#c hành c1a các ph!"ng pháp. V& s2 li+u, %& tài sD d>ng s2 li+u tái phân tích NNRP2 2.50 c1a NCEP t8 nKm 1979 cho %(n nKm 2007 d!*i vai trò s2 li+u tr!=ng quan tr,c quy mô l*n. S2 li+u quan tr,c các y(u t2 khí t!4ng c" b5n t/i các %i9m tr/m c1a 58 tr/m khí t!4ng trên lãnh thA Vi+t Nam cHng có %0 dài t!"ng -ng. Trên th#c t( chu?i s2 li+u có %0 dài l*n h"n t8 1960 %(n 2007 nh!ng do NNRP2 chB b,t %Cu có t8 1979, nên %& tài cHng chB sD d>ng s2 li+u quan tr,c t8 1979. Tuy nhiên, chu?i s2 li+u quan tr,c t8 1960 vIn có ích trong xác %6nh phân b2 khí h)u c1a các y(u t2 t/i t8ng tr/m nh= dung l!4ng mIu l*n h"n, %5m b5o %0 tin c)y cao h"n. Khi áp d>ng vào d# báo %& tài sD d>ng tr!=ng d# báo khí h)u 2.50 c1a mô hình CFS thu0c NCEP làm nhân t2 d# báo. Tr!=ng d# báo này s3 %!4c khD bias thông qua tr!=ng khí h)u thu %!4c c1a mô hình CFS khi th#c hi+n tái d# báo.

Hình 5.3 Ch* s+ BSS trung bình trên khu v,c Vi-t Nam vào mùa xuân khi xây d,ng

quan h- th+ng kê có tuy.n ch/n nhân t+ t0ng b1'c theo REEP và FDA cho hi-n t12ng n3ng nóng trong tháng t0 s+ li-u tái phân tích NNRP2

203

B4ng 5.1 Nhân t+ d, báo s5 d6ng trong d, báo BVN và BBD

K! hi"u ! ngh"a Th=i %i9m khai thác Nhóm ch! s" khí h#u

QBO Dao %0ng t#a hai nKm tCng bình l!u Tháng 8 nKm tr!*c

Repac D6 th!=ng áp su$t m#c bi9n Lông Thái Bình D!"ng xích %/o

Hi+u gi7a tháng 11 và tháng 8 nKm tr!*c

Reqsoi ChB s2 Dao %0ng Nam xích %/o Tháng 6 nKm tr!*c Rindo D6 th!=ng áp su$t m#c bi9n khu v#c Indonesia Tháng 12 nKm tr!*c Soi ChB s2 Dao %0ng Nam Tháng 7 nKm tr!*c

AnoNino12 D6 th!=ng SST khu v#c Nino 1+2 (0-10°S; 90°W-80°W)

Hi+u gi7a tháng 3 và tháng 2

AnoNino3 D6 th!=ng SST khu v#c khu v#c Nino 3 (5°N-5°S; 150°W-90°W)

Hi+u gi7a tháng 3 và tháng 2

AnoNino4 D6 th!=ng SST khu v#c khu v#c Nino 4 (5°N-5°S; 160°E-150°W)

Hi+u gi7a tháng 11 và tháng 8 nKm tr!*c

AnoNino34 D6 th!=ng SST khu v#c khu v#c Nino 3.4 (5°N-5°S; 170-120°W)

Hi+u gi7a tháng 3 và tháng 2

WP ChB s2 Tây Thái Bình D!"ng Hi+u gi7a tháng 11 và tháng 8 nKm tr!*c

Nhóm chB s2 hoàn l!u

U30-U50 Chênh l+ch gió vN h!*ng m#c 30 mb và 50 mb khu v#c (8 oN – 16 oN; 80 oE – 100 oE)

Hi+u gi7a tháng 3 và tháng 2

H500 L0 cao %6a th( v6 m#c 500 mb khu v#c (30 oN – 35 oN; 160 oE – 180 oE)

Hi+u gi7a tháng 3 và tháng 2

U200 Gió vN h!*ng m#c 200 mb khu v#c (15 oN – 20oN; 200 oE – 220 oE)

Hi+u gi7a tháng 3 và tháng 2

H850 L0 cao %6a th( v6 m#c 850 mb khu v#c (30 oN – 35 oN; 160 oE – 180 oE)

Hi+u gi7a tháng 3 và tháng 2

U200-U850 Chênh l+ch gió vN h!*ng m#c 200 mb và 850 mb khu v#c (15 oN – 20 oN; 200 oE – 220 oE)

Hi+u gi7a tháng 3 và tháng 2

V& h/n d# báo, các y(u t2 nhi+t %0 c#c tr6 s3 có quan h+ th2ng kê %!4c xây d#ng cho toàn b0 12 tháng. Quan h+ th2ng kê cho y(u t2 n,ng nóng chB %!4c xây d#ng cho các tháng mùa xuân và hè (tháng 3 %(n tháng 8). Quan h+ th2ng kê cho y(u t2 rét %)m chB %!4c xây d#ng cho ba tháng mùa %ông (tháng 12 %(n tháng 2). T!"ng t#, v*i y(u t2 %4t không khí l/nh, mô hình th2ng kê chB %!4c xây d#ng cho mùa %ông và khác v*i các y(u t2 tr!*c h/n d# báo c1a các %4t không khí l/nh là d# báo mùa thay vì d# báo tháng. Cu2i cùng mô hình th2ng kê cho s2 %4t m!a l*n cHng có h/n mùa nh!ng %!4c th#c hi+n cho hai mùa hè và thu.

L9 ki9m nghi+m ph!"ng trình d# báo thu %!4c chu?i s2 li+u t8 1979 %(n 2007 %!4c phân chia thành hai t)p 1979-1998 và 1999-2007 trong %ó chu?i s2 li+u %Cu %!4c sD d>ng %9 xây d#ng ph!"ng trình hFi quy, chu?i s2 li+u sau %óng vai trò t)p s2 li+u %0c l)p %9 ki9m tra ph!"ng trình hFi quy. Nh! v)y dung l!4ng mIu 20 nKm khi xây d#ng ph!"ng trình hFi quy khá nh; n(u xây d#ng ph!"ng trình riêng cho m?i

204

tháng. L9 tKng dung l!4ng mIu các tháng s3 %!4c g0p l/i theo 4 mùa xuân (tháng 3,4,5), h/ (tháng 6,7,8), thu (tháng 9,10,11), %ông (tháng 12,1,2).

V*i hai y(u t2 hi+n t!4ng n,ng nóng và rét %)m, khác v*i REEP, FDA chB phân l*p y(u t2 d# báo thành 2 l*p có x5y ra hi+n t!4ng hay không mà không %!a ra d# báo xác su$t gi7a 0 và 1. L9 thu %!4c giá tr6 xác su$t d# báo ta s3 sD d>ng kE thu)t bi(n %Ai (transforming) c1a Murphy và Winkler (1987) [244]. Giá tr6 phân l*p 0 1 t8 FDA s3 %!4c thay th( b<ng bi(n liên t>c là kho5ng cách t8 %i9m d# báo %(n mGt phMng phân l*p. T)p các giá tr6 này, xác %6nh t8 FDA trên t)p s2 li+u ph> thu0c, %!4c s,p x(p theo th- t# tKng dCn và chia %&u thành m!=i phCn. V*i m?i phCn, các quan tr,c khi d# báo r"i vào phCn này %!4c t)p h4p l/i và xác %6nh xác su$t l!4ng m!a th#c t( l*n h"n ng!Qng m!a %ang xét t!"ng -ng. Giá tr6 này %!4c xem nh! xác su$t d# báo sau %ó khi áp d>ng FDA trên t)p d7 li+u %0c l)p và kho5ng cách d# báo r"i vào phCn m!=i t!"ng -ng. Ví d> khi kho5ng cách d# báo trong kho5ng [1,2] trên t)p s2 li+u ph> thu0c, ta quan sát th$y tCn xu$t m!a th#c t( là 0.9. Giá tr6 0.9 này s3 là giá tr6 xác su$t d# báo n(u kho5ng cách d# báo trên t)p d7 li+u %0c l)p sau %ó thu0c kho5ng [1,2].

V*i hai y(u t2 s2 %4t m!a l*n và s2 %4t không khí l/nh, 2 ph!"ng pháp MLR và ANN có th9 d# báo s2 %4t nh; h"n 0. Trong tr!=ng h4p này ta s3 dùng kE thu)t c,t (clipping) gán nh7ng giá tr6 d# báo nh; h"n 0 b<ng 0. V*i BVN và BBD ph!"ng pháp REG %!4c sD d>ng.

5.3.5 Ph+,ng pháp #ánh giá Do l#a ch'n d# báo t/i %i9m tr/m, %ánh giá d# báo cHng %!4c th#c hi+n t/i các

%i9m tr/m d#a trên các chB tiêu s3 nêu d!*i %ây. M0t s2 chB tiêu khi cCn thi(t s3 %!4c %ánh giá theo vùng d#a theo vùng khí h)u. Lánh giá d#a theo vùng %5m b5o m0t t)p d7 li+u %ánh giá %1 l*n, không b6 5nh h!:ng nhi&u khi giá tr6 %o m0t tr/m nào %ó trong khu v#c có sai s2 l*n. H"n n7a, ta vIn có th9 quan sát phân b2 c1a ch$t l!4ng d# báo theo không gian t8 %ó có nh7ng khuy(n cáo v& ch$t l!4ng d# báo t/i m0t khu v#c c> th9.

Các chB s2 %ánh giá c" b5n cho bài toán d# báo th=i ti(t %ã tr: nên r$t quen thu0c : Vi+t Nam cùng v*i s# xu$t hi+n c1a các mô hình s2 d# báo th=i ti(t tuy nhiên v*i d# báo khí h)u, sD d>ng các chB s2 nào trong %ánh giá vIn còn khá m*i. Các chB s2 sD d>ng trong %& tài này hoàn toàn %!4c th#c hi+n theo khuy(n cáo c1a WMO %2i v*i d# báo h/n dài. V*i d# báo hi+n t!4ng nh! kh5 nKng xu$t hi+n n,ng nóng hay rét %)m, %& tài sD d>ng bi9u %F tin c)y và chB s2 liên quan tr#c ti(p là BSS (Brier Skill Score). V*i các y(u t2 còn l/i, %& tài sD d>ng hai chB s2 là MSSS (Mean Square Skill Score) và h+ s2 t!"ng quan CORR. Hai chB s2 BSS và CORR ngoài sD d>ng trong %ánh giá còn %!4c sD d>ng khi tuy9n ch'n nhân t2 %9 có th9 thu %!4c d# báo v*i ch$t l!4ng t2t nh$t, tránh x5y ra hi+n t!4ng quá kh*p (overfitting). Trên th#c t( CORR không %!4c sD d>ng tr#c ti(p nh! BSS mà thông qua chB s2 RV (Reduction of Variance) hay R2 chính là bình ph!"ng c1a h+ s2 t!"ng quan. Cách th#c hi+n này t/o nên tính th2ng nh$t khi th#c hi+n xây d#ng mô hình th2ng kê. Do h+ s2 t!"ng quan là m0t chB s2 c" b5n trong th2ng kê, phCn d!*i %ây s3 chB trình bày các chB s2 còn l/i.

205

5.4 K&t qu+ tính toán, phân tích và "ánh giá 5.4.1 Tuy-n ch.n nhân t) d* báo

Phân tích thành phCn chính PCA s3 %!4c th#c hi+n trên 4 mi&n khác nhau khi xác %6nh các thành phCn chính PCx %!4c sD d>ng làm nhân t2 d# báo. Mi&n 1 l*n nh$t có t'a %0 700E-2400E, -400S-700N bao ph1 toàn b0 khu v#c Thái Bình D!"ng. D/ng c1a hàm tr#c giao %Cu tiên EOF1 và bi(n thiên c1a thành phCn chính t!"ng -ng PC1 cho bi(n PMSL trung bình tháng vào mùa hè trên mi&n này %!4c cho trên hình 5.4. Mi&n 2 nh; h"n có t'a %0 800E-1450E, -100S-400N bao ph1 khu v#c tây b,c Thái Bình D!"ng. Hình 5.5 t!"ng t# nh! hình 5.4 cho ta hình 5nh v& mi&n này thông qua hàm EOF1. Mi&n 3 nh; nh$t có t'a %0 950E-1250E, 00S-300N bao ph1 khu v#c Vi+t Nam (hình 2.7). Có th9 th$y rõ t8 hình 5.5 và 5.6, khi mi&n nh; d/ng hàm EOF %Cu tiên mô t5 ho/t %0ng c1a áp cao tây Thái Bình D!"ng vào mùa hè. CCn chú . r<ng khi th#c hi+n PCA, ta ph5i khD bias %2i v*i các tr!=ng %Cu vào cho nên giá tr6 PC1 thu %!4c s3 dao %0ng quanh giá tr6 0. Cu2i cùng, mi&n 4 có kích th!*c t!"ng t# mi&n 1 nh!ng %!4c d6ch chuy9n nhi&u h"n v& phía tây v*i t'a %0 00E-1700E, -400S-700N bao ph1 toàn b0 châu Âu, châu Phi và tây b,c Thái Bình D!"ng. D/ng hàm EOF1 và bi(n thiên c1a PC1 c1a bi(n PMSL vào mùa %ông trên mi&n này %!4c cho trên hình 5.7.

Hình 5.4 Hàm EOF1 và bi7n thiên c8a

PC1 cho bi7n PMSL trung bình tháng vào mùa hè trên mi9n 1

Hình 5.5 Hàm EOF1 và bi7n thiên c8a PC1 cho bi7n PMSL trung bình tháng vào

mùa hè trên mi9n 2

206

Hình 5.6 Hàm EOF1 và bi7n thiên c8a

PC1 cho bi7n PMSL trung bình tháng vào mùa hè trên mi9n 3

Hình 5.7 Hàm EOF1 và bi7n thiên c8a PC1 cho bi7n PMSL trung bình tháng vào

mùa #ông trên mi9n 4 Ki9m nghi+m ch$t l!4ng d# báo theo các ph!"ng pháp l#a ch'n nhân t2 d# báo

khác nhau s3 %!4c th#c hi+n nh! %ã trình bày trong ch!"ng 2 t8 t)p s2 li+u %0c l)p 1999-2007 v*i t)p s2 li+u 1979-1998 %!4c sD d>ng xây d#ng ph!"ng trình d# báo. Ngoài 4 ph!"ng pháp l#a ch'n nhân t2 d# báo t8 các PCx v*i 4 mi&n khác nhau (PCAMLR1, PCAMLR2, PCAMLR3, PCAMLR4) nêu trên, ph!"ng pháp l#a ch'n nhân t2 d# báo t8 %i9m gCn %i9m tr/m nh$t (MLR) cHng %!4c %!a vào so sánh. Có th9 hi9u ph!"ng pháp này là m0t bi(n th9 %Gc bi+t c1a PCA khi mi&n tính co l/i thành m0t %i9m duy nh$t (hay mi&n 5 chB bao gFm m0t %i9m). Y(u t2 d# báo %!4c l#a ch'n ki9m nghi+m là nhi+t %0 trung bình tháng (T2m) v*i mô hình th2ng kê REG.

Ch$t l!4ng d# báo theo các ph!"ng pháp khác nhau s3 %!4c %ánh giá thông qua chB s2 RV, MSSS. Các hình P5.1 %(n P5.4 lCn l!4t mô t5 bi(n thiên c1a chB s2 RV trung bình trên toàn Vi+t Nam theo 4 mùa v*i 4 ph!"ng pháp l#a ch'n nhân t2 khác nhau. V*i cùng m0t tO l+ d8ng, chB s2 RV trên t)p d7 li+u %0c l)p s3 l*n h"n khi mi&n tính cho PCA thu nh; l/i. Tr!=ng h4p %Gc bi+t khi sD d>ng %i9m gCn %i9m tr/m nh$t làm nhân t2 d# báo (hay mi&n tính PCA thu nh; l/i thành 1 %i9m), ngo/i tr8 mùa %ông, chB s2 RV thu %!4c luôn l*n h"n chB s2 RV t!"ng -ng t8 các nhân t2 theo PCA v*i mi&n tính khác nhau.

Nh! v)y, kh5o sát theo chB s2 RV, ph!"ng án l#a ch'n nhân t2 theo %i9m gCn nh$t cho ch$t l!4ng d# báo t2t h"n so v*i các ph!"ng pháp có sD d>ng PCA. L9 so sánh c> th9 h"n t/i t8ng %i9m tr/m và sD d>ng thêm %i9m s2 khác khi %ánh giá, hình P5.5 %(n P5.8 mô t5 phân b2 c1a %i9m s2 MSSS t/i các %i9m tr/m t!"ng -ng theo 4 mùa. Các hình này chB ti(n hành so sánh gi7a ph!"ng án l$y %i9m gCn nh$t v*i ph!"ng án sD d>ng các PCx t8 PCA trên mi&n tính nh; nh$t (mi&n 3) do khi mi&n tính

207

m: r0ng, ch$t l!4ng d# báo s3 gi5m nh! %ã kh5o sát : trên. Có th9 th$y t8 các hình v3 này, ph!"ng án MLR không hoàn toàn có MSSS cao h"n so v*i PCAMLR3 t/i m'i %i9m tr/m nh!ng tính trung bình d# báo theo MLR th!=ng cho MSSS cao h"n so v*i PCAMLR3 ngo/i tr8 vào mùa %ông. Tuy nhiên, không d@ gi5i thích t/i sao PCAMLR3 l/i cho ch$t l!4ng d# báo t2t h"n so v*i MLR vào mùa %ông và th$p h"n vào các mùa khác.

V*i các bi(n tr6 s2 khác nh! nhi+t %0 c#c ti9u trung bình tháng (Tmin2m) hay nhi+t %0 c#c %/i trung bình tháng (Tmax2m), %& tài cHng thu %!4c nh7ng nh)n xét t!"ng t# nh! trên. Ti(p theo ta s3 kh5o sát ch$t l!4ng d# báo s2 %4t m!a l*n theo các ph!"ng pháp l#a ch'n nhân t2 d# báo %ã nêu trên. Khác v*i y(u t2 nhi+t %0 nêu trên có h/n d# báo tháng, s2 %4t m!a l*n có h/n d# báo mùa và chB th#c hi+n cho mùa hè và thu. ChB s2 RV trung bình d# báo mùa hè và thu trên toàn Vi+t Nam %!4c cho trên hình P5.9 và P5.10. D@ th$y chB s2 RV trên t)p d7 li+u %0c l)p theo 5 ph!"ng pháp %&u không có nhi&u khác bi+t và dao %0ng xung quanh giá tr6 0.10 %(n 0.15 dù trên t)p d7 li+u ph> thu0c RV có th9 %/t t*i giá tr6 1. Li&u này cho th$y m0t t!"ng quan r$t y(u gi7a các y(u t2 khí h)u quy mô l*n v*i y(u t2 s2 %4t m!a l*n trên quy mô %6a ph!"ng.

L9 phân tách rõ h"n ch$t l!4ng d# báo gi7a PCAMLRx (: %ây ta chB dùng PCAMLR3 làm %/i di+n) và MLR, ta kh5o sát thêm phân b2 c1a MSSS trên hình P5.11 và P5.12. Theo các b5n %F phân b2 này, tr6 s2 MSSS t8 PCAMLR3 th!=ng có giá tr6 th$p h"n nhi&u so v*i tr6 s2 t!"ng -ng t8 MLR có nghNa MLR th!=ng cho d# báo t2t h"n. Tuy nhiên, các tr6 s2 này th!=ng có giá tr6 âm có nghNa r<ng c5 hai ph!"ng pháp này %&u có kE nKng th$p h"n so v*i d# báo khí h)u. Li&u này cHng th2ng nh$t v*i di@n bi(n c1a chB s2 RV %ã mô t5 : trên khi RV cho th$y m0t t!"ng quan r$t th$p gi7a nhân t2 và y(u t2 d# báo, dIn %(n các d# báo có ch$t l!4ng th$p và th!=ng kém h"n so v*i d# báo khí h)u. Các nh)n %6nh v*i d# báo s2 %4t m!a l*n : trên cHng t!"ng t# v*i d# báo s2 %4t không khí l/nh.

V*i các bi(n hi+n t!4ng, %& tài s3 kh5o sát ch$t l!4ng d# báo kh5 nKng xu$t hi+n rét %)m v*i cùng 5 ph!"ng pháp l#a ch'n nhân t2 nh! trên. Ph!"ng pháp th2ng kê sD d>ng vIn là REG nh!ng th!=ng %!4c bi(t %(n v*i tên g'i REEP. Do th#c hi+n kh5o sát bi(n hi+n t!4ng nên chB s2 RV s3 %!4c thay th( b:i chB s2 BSS và ta s3 sD d>ng thêm bi9u %F tin c)y %9 %ánh giá d# báo. Hình P5.13 t!"ng t# nh! các hình tr!*c %ó mô t5 bi(n thiên c1a BSS theo 5 ph!"ng pháp. Trong khi c5 4 ph!"ng pháp PCAMLRx %&u cho BSS nh; h"n 0, MLR t; ra t2t h"n khi BSS có tr6 s2 cQ 0.07. K(t qu5 này ti(p t>c khMng %6nh !u th( c1a ph!"ng pháp l#a ch'n %i9m gCn nh$t so v*i sD d>ng PCA tr!*c khi tuy9n ch'n nhân t2.

Bi9u %F tin c)y cho d# báo cho kh5 nKng xu$t hi+n rét %)m %!4c th9 hi+n trên hình 5.8 v*i ph!"ng pháp PCAMLR3 %/i di+n cho các ph!"ng pháp PCAMLRx %!4c so sánh v*i MLR. D# báo theo MLR có %0 tin c)y và %0 phân gi5i t2t h"n so v*i d# báo t8 PCAMLR3, dIn %(n %i9m s2 BSS trung bình cao h"n (BSS d# báo theo PCAMLR3 th)m chí còn nh; h"n 0 có nghNa d# báo theo PCAMLR3 có kE nKng th$p h"n d# báo khí h)u). Tu %i9m duy nh$t v*i PCAMLR3 là d# báo %!a ra có %0 nh'n l*n khi d# báo t)p trung v& hai %Cu c1a d# báo khí h)u thay vì t)p trung quanh d# báo khí h)u nh! v*i MLR. Y(u t2 d# báo kh5 nKng xu$t hi+n n,ng nóng cHng cho các k(t qu5 t!"ng t# nh!ng không %!4c th9 hi+n : %ây.

208

Hình 5.8 Bi9u #$ tin c:y trên khu v,c Vi-t Nam trong mùa #ông t0 2 ph1"ng pháp l,a

ch/n nhân t+ PCAMLR3 và MLR trên t:p s+ li-u #&c l:p theo REEP cho kh4 n;ng xu<t hi-n rét #:m

TAng h4p l/i t8 các %ánh giá trên, ph!"ng án l#a ch'n nhân t2 d# báo theo %i9m l!*i gCn %i9m tr/m nh$t t; ra có !u th( h"n so v*i sD d>ng các thánh phCn chính PCx là k(t qu5 c1a ph!"ng pháp PCA trên m0t mi&n tính l#a ch'n tr!*c nào %ó. Các k(t qu5 d# báo d!*i %ây s3 không sD d>ng ph!"ng pháp PCA và chB sD d>ng ph!"ng pháp %i9m gCn nh$t khi l#a ch'n nhân t2 d# báo.

Vi+c tuy9n ch'n nhân t2 d# báo cho BVN và BBD %!4c th#c hi+n thông qua kE thu)t l'c nhân t2 b<ng ph!"ng pháp hFi qui t8ng b!*c.

5.4.2 D* báo nhi&t #/ c*c tr0 Tr!*c h(t ta kh5o sát tO l+ d8ng cho m?i ph!"ng trình hFi quy nh! trên hình

P5.14 %(n P5.17. V*i ph!"ng pháp REG, có th9 l$y m0t tO l+ d8ng chung là 0.5% %2i v*i nhi+t %0 c#c tr6 không ph> thu0c vào mùa ngo/i tr8 mùa hè v*i Tmin2m khi tO l+ này ph5i là 3%. V*i ph!"ng pháp ANN, tO l+ d8ng t2i !u bi(n thiên trong kho5ng t8 5% %(n 15%, thay %Ai theo mùa. Có th9 l$y m0t tO l+ d8ng chung là 15% %2i v*i nhi+t %0 c#c tr6 không ph> thu0c vào mùa. Có th9 th$y trong m0t s2 tr!=ng h4p RV trên t)p s2 li+u %0c l)p l/i l*n h"n so v*i RV trên t)p s2 li+u ph> thu0c. Li&u này x5y ra do dung l!4ng mIu c1a c5 t)p d7 li+u ph> thu0c và %0c l)p quá nh;. M0t %Gc %i9m khác %áng chú . h"n là RV vào mùa xuân và thu luôn có giá tr6 l*n h"n so v*i RV vào mùa %ông và mùa hè. NghNa là d# báo vào mùa xuân và thu luôn có t!"ng quan cao h"n so v*i d# báo vào mùa hè và %ông. Li&u này có th9 gi5i thích %!4c n(u chú . r<ng th=i gian mùa xuân và thu chính là th=i gian chuy9n mùa v*i y(u t2 nhi+t %0 th9 hi+n bi(n %0ng mùa r$t rõ trong khi ít bi(n %0ng h"n trong mùa hè và mùa %ông. T!"ng quan cao h"n cho th$y ph!"ng trình d# báo ph5n ánh t2t bi(n %0ng mùa thông qua dao %0ng c1a các tr!=ng khí h)u quy mô l*n toàn cCu. Tuy nhiên bi(n %0ng trong m0t mùa thì ch!a có %!4c m0t t!"ng quan t2t nh! v)y.

Hình P5.18 %(n P5.21 t!"ng -ng cho ta phân b2 c1a corr trên toàn b0 khu v#c Vi+t Nam theo 4 mùa v*i Tmin2m và Tmax2m. H+ s2 t!"ng quan d# báo theo REG %&u có giá tr6 d!"ng cho th$y t!"ng quan gi7a bi(n quy mô l*n và quy mô %6a ph!"ng

209

%ã %!4c n,m b,t b:i ph!"ng trình hFi quy. T/i cùng m0t %i9m tr/m, REG th!=ng cho h+ s2 t!"ng quan l*n h"n so v*i ANN có nghNa so v*i mô hình REG, ANN có ch$t l!4ng d# báo th$p h"n. M0t s2 %i9m d# báo theo ANN th)m chí có t!"ng quan âm vào mùa hè và %ông. T!"ng %Fng v*i nh)n xét tr!*c %ó khi xác %6nh tO l+ d8ng có th9 th$y h+ s2 t!"ng quan vào mùa xuân và thu luôn l*n h"n so v*i giá tr6 t!"ng -ng vào mùa hè và %ông. Vào hai mùa xuân và thu t/i m0t s2 %i9m giá tr6 t!"ng quan r$t l*n có khi lên %(n 0.98, 0.99. Nh! %ã nói : trên %i&u này cho th$y ph!"ng trình hFi quy mô ph;ng r$t t2t bi(n %0ng mùa.

Hình 5.9 Chu=i th>i gian quan tr3c và d, báo Tmin2m và Tmax2m t%i m&t s+ #i.m

tr%m có k? n;ng th<p h"n d, báo khí h:u theo REG

210

Phân b2 c1a MSSS v*i Tmin2m và Tmax2m %!4c cho trên hình P5.22 %(n P5.25. Mô hình REG cHng nh! ANN cho th$y m0t kE nKng d# báo t2t h"n d# báo khí h)u t/i hCu h(t các %i9m tr/m. T!"ng t# nh! v*i corr, t/i cùng m0t %i9m tr/m, d# báo theo REG th!=ng cho MSSS l*n h"n so v*i d# báo theo ANN. T/i m0t s2 %i9m MSSS âm có nghNa d# báo theo mô hình REG hay ANN có nh7ng v$n %& nh$t %6nh t/i các %i9m tr/m này. M0t s2 chu?i th=i gian d# báo và quan tr,c t/i các %i9m tr/m có MSSS âm %!4c cho trên hình 5.9. Tuy nhiên, r$t khó gi5i thích t/i sao kE nKng d# báo t/i %ây l/i th$p h"n so v*i d# báo khí h)u.

TAng h4p l/i, d# báo nhi+t %0 c#c tr6 theo ph!"ng pháp REG cho th$y m0t ch$t l!4ng d# báo t2t h"n so v*i d# báo theo ph!"ng pháp ANN. Các ph!"ng trình thu %!4c có th9 -ng d>ng trong d# báo h/n tháng cho Tmin2m và Tmax2m.

Trên %ây là %ánh giá t!"ng %2i d# báo nhi+t %0 c#c tr6 khi so sánh v*i m0t d# báo %2i ch-ng là d# báo khí h)u v*i m>c %ích chB ra kE nKng c1a d# báo th2ng kê. Lánh giá này %ã cho th$y ph!"ng pháp REG cho k(t qu5 d# báo t2t h"n so v*i ANN. D!*i %ây mô t5 giá tr6 sai s2 tuy+t %2i c1a d# báo Tmin2m và Tmax2m theo ph!"ng pháp REG trên 7 khu v#c khác nhau trong 4 mùa (b5ng 5.2, 5.3). Sai s2 d# báo Tmin2m trên t$t c5 các khu v#c luôn nh; h"n 10C cho m'i mùa. Riêng mùa hè sai s2 này có giá tr6 th$p nh$t 0.50C. L2i v*i Tmax2m sai s2 cao h"n có th9 t*i 1.70C dù mùa hè vIn là mùa có sai s2 nh; nh$t t!"ng t# nh! Tmin2m. LGc bi+t Tmax d# báo vào mùa %ông có sai s2 l*n nh$t so v*i các mùa khác. Xét riêng v& h+ s2 t!"ng quan v*i c5 Tmin2m và Tmax2m, d# báo trên khu v#c Nam B0 và LFng b<ng B,c B0 cho k(t qu5 d# báo kém h"n so v*i các khu v#c khác.

B5ng 5.2, 5.3 mô t5 sai s2 trung bình trên m0t khu v#c, sai s2 c> th9 t/i m0t s2 %i9m tr/m %!4c th9 hi+n trong các hình 5.10 %(n 5.13.

B4ng 5.2. Sai s+ ME, RMSE và h- s+ t1"ng quan CORR trên t:p s+ li-u #&c l:p theo REG d,

báo Tmin2m cho 4 mùa trên 7 khu v,c TBB LBB LBBB BTB NTB TN NB

Xuân

ME 0.2 0.0 -0.5 -0.4 -0.3 -0.4 -0.5 RMSE 0.9 0.7 1.0 1.0 0.6 0.9 1.0 CORR 0.94 0.98 0.95 0.94 0.96 0.96 0.68

H/

ME 0.2 0.1 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -0.2 RMSE 0.5 0.3 0.4 0.5 0.4 0.4 0.5 CORR 0.94 0.99 0.83 0.96 0.94 0.99 0.72

Thu

ME 0.5 0.4 0.7 0.4 -0.1 -0.2 -0.2 RMSE 0.9 0.8 0.8 0.7 0.4 0.6 0.5 CORR 0.97 0.98 0.98 0.97 0.97 0.98 0.70

Lông

ME 0.3 -0.1 -0.1 0.0 -0.2 -0.5 -0.2 RMSE 0.9 0.9 1.0 0.9 0.6 1.0 0.7 CORR 0.90 0.96 0.79 0.85 0.94 0.94 0.71

211

B4ng 5.3. Sai s+ ME, RMSE và h- s+ t1"ng quan CORR trên t:p s+ li-u #&c l:p theo REG d, báo Tmax2m cho 4 mùa trên 7 khu v,c

TBB LBB LBBB BTB NTB TN NB

Xuân ME 0.4 -0.1 -1.2 0.1 0.2 0.5 -0.2

RMSE 0.9 0.9 1.7 1.4 0.7 0.8 0.8 CORR 0.94 0.97 0.94 0.91 0.93 0.95 0.78

H/

ME 0.1 0.3 -0.1 0.4 0.2 0.2 -0.2 RMSE 0.8 0.6 0.6 0.9 0.7 0.6 0.5 CORR 0.92 0.99 0.85 0.88 0.91 0.98 0.84

Thu

ME 0.2 0.5 0.4 0.8 0.1 0.1 -0.4 RMSE 0.9 0.8 0.7 1.0 0.7 0.6 0.7 CORR 0.96 0.99 0.97 0.96 0.93 0.93 0.70

Lông

ME 0.1 -0.1 -0.3 0.3 0.3 0.5 0.1 RMSE 1.2 1.2 1.6 1.5 0.8 1.0 0.7 CORR 0.93 0.91 0.58 0.71 0.93 0.89 0.83

Hình 5.10. Chu=i th>i gian quan tr3c và d, báo Tmin2m t%i tr%m Láng theo REG

trong 4 mùa

212

Hình 5.11 Chu=i th>i gian quan tr3c và d, báo Tmin2m t%i tr%m C@n Th" theo REG

trong 4 mùa

213

Hình 5.12. Chu=i th>i gian quan tr3c và d, báo Tmax2m t%i tr%m Láng theo REG

trong 4 mùa

214

Hình 5.13. Chu=i th>i gian quan tr3c và d, báo Tmax2m t%i tr%m C@n Th" theo REG

trong 4 mùa Các ph!"ng trình hFi quy thu %!4c sau khi mã hóa b<ng ngôn ng7 ch!"ng trình

ch/y %!4c trên h+ th2ng máy tính s3 %!4c áp d>ng vào d# báo v*i mô hình CFS thay th( cho NNRP2. Th=i %i9m d# báo b,t %Cu ngày 03/01/2010. H/n d# báo là 10 tháng tính t8 th=i %i9m b,t %Cu d# báo t!"ng -ng v*i h/n d# báo trong th#c t( c1a CFS. Trên các hình 5.14, 5.15 minh h'a chu?i th=i gian d# báo t/i m0t s2 %i9m tr/m. Các chu?i th=i gian này cHng bao gFm c5 d# báo khí h)u và quan tr,c th#c (n(u có th9 cung c$p t/i th=i %i9m th#c hi+n d# báo).

215

Hình 5.14 D, báo Tmin2m cho 10 tháng #@u n;m 2010

Hình 5.15 D, báo Tmax2m cho 10 tháng #@u n;m 2010

5.4.3. D* báo s) #1t m+a l2n Kh5o sát tO l+ d8ng thích h4p cho các ph!"ng trình hFi quy %!4c mô t5 trên các

hình P5.26 và P5.27. V*i ph!"ng pháp REG, tO l+ d8ng t2i !u cho d# báo vào mùa hè là 8% và mùa thu là 5%. V*i ph!"ng pháp ANN, tO l+ d8ng t2i !u cho d# báo vào mùa hè và mùa thu là 5%. MGc dù RV trên t)p d7 li+u ph> thu0c có th9 %/t t*i giá tr6 r$t l*n khi gi5m dCn tO l+ d8ng nh!ng trên t)p d7 li+u %0c l)p RV có giá tr6 khá nh; chB vào cQ 0.15. Li&u này cho th$y khó có th9 kJ v'ng vào m0t d# báo s2 %4t m!a l*n v*i

216

ch$t l!4ng t2t. CHng có th9 do xây d#ng ph!"ng trình d# báo trên quy mô mùa, chu?i s2 li+u c1a ta quá ng,n và mô hình th2ng kê không th9 n,m b,t %!4c quan h+ gi7a tr!=ng quy mô l*n và y(u t2 %6a ph!"ng. Do %ó, cCn thi(t ph5i tKng %0 dài chu?i. Khó khKn cHng có th9 %(n t8 ch$t l!4ng s2 li+u %6a ph!"ng khi m!a là y(u t2 khó th#c hi+n ki9m tra ch$t l!4ng nh$t n(u so v*i các bi(n khác. Xác minh m0t quan tr,c m!a l*n có th#c s# x5y ra hay không %òi h;i tham kh5o nhi&u nguFn thông tin khác nhau.

Hình P5.28 và P5.29 t!"ng -ng cho ta phân b2 c1a h+ s2 t!"ng quan (CORR) trên toàn b0 khu v#c Vi+t Nam trong mùa hè và mùa thu t!"ng -ng theo REG và ANN. H+ s2 t!"ng quan phân b2 xen k3 gi7a giá tr6 d!"ng và âm cho th$y d# báo hCu nh! không có kE nKng hay kE nKng th$p. T8 %ây cHng có th9 %Gt ra câu h;i v& ch$t l!4ng s2 li+u m!a thám sát b:i có nhi&u tr!=ng h"p hai tr/m k& nhau m0t tr/m cho t!"ng quan d!"ng trong khi m0t tr/m t!"ng quan âm.

Phân b2 c1a MSSS v*i s2 %4t m!a l*n %!4c cho trên hình P5.30 và P5.31. HCu h(t các k(t qu5 d# báo trên t)p s2 li+u %0c l)p %&u cho k(t qu5 âm nghNa là kE nKng d# báo th$p h"n khi so sánh v*i d# báo khí h)u. K(t h4p v*i phân b2 c1a h+ s2 t!"ng quan : trên có th9 nói, mô hình REG và ANN không có kE nKng d# báo s2 %4t m!a l*n trong m0t mùa. Hay chính xác h"n không có m0t t!"ng quan chGt gi7a các y(u t2 khí h)u quy mô l*n v*i s2 %4t m!a l*n khi xét trên quy mô mùa. KhMng %6nh này cCn %!4c nghiên c-u ti(p v*i m0t s2 ph!"ng pháp khác.

B5ng 5.4 dIn ra k(t qu5 %ánh giá sai s2 d# báo s2 %4t m!a l*n b<ng mô hình REG. Có th9 th$y REG d# báo không t2t s2 %4t m!a l*n trên t$t c5 các khu v#c v*i h+ s2 t!"ng quan thu %!4c r$t th$p và sai s2 RMSE vào cQ t!"ng %!"ng v*i s2 %4t m!a l*n trung bình nKm cho m?i mùa trên m?i khu v#c.

M0t s2 ví d> minh h'a so sánh chu?i th=i gian d# báo và quan tr,c cho m0t s2 %i9m tr/m trên các vùng khí h)u %!4c dIn ra trên hình 5.16. Qua %ó cHng có th9 th$y r$t khó có th9 nói v& qui lu)t phân b2 c1a sai s2 trong các tr!=ng h4p d# báo khác nhau.

B4ng 5.4. Sai s+ ME, RMSE và h- s+ t1"ng quan CORR trên t:p s+ li-u #&c l:p theo REG d,

báo s+ #2t m1a l'n cho mùa hè và thu trên 7 khu v,c B1 B2 B3 B4 N1 N2 N3

H/

ME 0.5 -0.8 -0.3 0.0 -0.5 -1.0 -0.4 RMSE 4.5 4.1 2.8 1.2 1.3 2.5 3.5 CORR 0.11 0.49 -0.07 0.39 0.11 0.25 0.25

Thu

ME -0.5 -0.1 -0.1 0.4 0.5 0.0 -0.3 RMSE 1.4 2.0 2.2 2.4 2.2 2.4 2.4 CORR 0.09 0.26 -0.04 0.55 0.73 0.11 0.24

217

Hình 5.16 Chu=i th>i gian quan tr3c và d, báo s+ #2t m1a l'n trong mùa hè và mùa

thu t%i m&t s+ #i.m tr%m theo REG

218

5.4.4. D* báo s) #1t không khí l$nh Bi(n %Ai c1a RV theo tO l+ d8ng cho các ph!"ng trình hFi quy v*i 2 ph!"ng pháp

%!4c cho trên hình 5.17. V*i ph!"ng pháp REG, tO l+ d8ng t2i !u cho d# báo là 1%. Trong khi v*i ph!"ng pháp ANN, tO l+ d8ng t2i !u là 2%. MGc dù RV trên t)p d7 li+u ph> thu0c có th9 %/t t*i giá tr6 r$t l*n khi gi5m dCn tO l+ d8ng nh!ng trên t)p d7 li+u %0c l)p RV có giá tr6 khá nh; chB vào cQ 0.15. Li&u này cho th$y khó có th9 kJ v'ng vào m0t d# báo s2 %4t không khí l/nh v*i ch$t l!4ng t2t. CHng có th9 do xây d#ng ph!"ng trình d# báo trên quy mô mùa, chu?i s2 li+u c1a ta quá ng,n và mô hình th2ng kê không th9 n,m b,t %!4c quan h+ gi7a tr!=ng quy mô l*n và y(u t2 %6a ph!"ng. Do %ó, cCn thi(t ph5i tKng %0 dài chu?i.

Hình 5.17 Ch* s+ RV trung bình trên khu v,c Vi-t Nam trong mùa #ông trên t:p s+

li-u ph6 thu&c và #&c l:p theo REG và ANN cho s+ #2t không khí l%nh Hình P5.32 cho ta phân b2 c1a CORR trên toàn b0 khu v#c Vi+t Nam trong mùa

%ông. H+ s2 t!"ng quan phCn l*n có giá tr6 d!"ng cho th$y d# báo theo mô hình REG hay ANN cHng có %!4c m0t kE nKng nh$t %6nh.

Phân b2 c1a MSSS v*i s2 %4t không khí l/nh %!4c cho trên hình P5.33. HCu h(t các k(t qu5 d# báo trên t)p s2 li+u %0c l)p %&u cho k(t qu5 âm nghNa là kE nKng d# báo th$p h"n khi so sánh v*i d# báo khí h)u. K(t h4p v*i phân b2 c1a h+ s2 t!"ng quan : trên có th9 nói, mô hình REG và ANN có kE nKng d# báo s2 %4t không khí l/nh t!"ng %!"ng hoGc th$p h"n so v*i d# báo khí h)u. Mô hình %ã n,m b,t %!4c t!"ng quan gi7a tr!=ng quy mô l*n v*i s2 %4t không khí l/nh %6a ph!"ng trên quy mô mùa nh!ng d!=ng nh! t!"ng quan này không chGt. KhMng %6nh này cCn %!4c nghiên c-u ti(p theo b<ng m0t s2 ph!"ng pháp khác.

D# báo s2 %4t không khí l/nh theo REG cHng có ch$t l!4ng th$p th9 hi+n qua h+ s2 t!"ng quan và sai s2 trên b5ng 5.5. Khác v*i các y(u t2 tr!*c, : %ây chB xét cho 4 khu v#c phía b,c do không khí l/nh không xu$t hi+n : các vùng phía nam. B4ng 5.5. Sai s+ ME, RMSE và h- s+ t1"ng quan CORR trên t:p s+ li-u #&c l:p theo REG d,

báo s+ #2t không khí l%nh cho mùa #ông trên 4 khu v,c B1 B2 B3 B4

Lông

ME 0.2 0.1 1.5 -1.2 RMSE 2.1 2.7 4.9 2.7 CORR 0.47 0.16 0.00 0.02

219

Hình 5.18 cho ta ch$t l!4ng d# báo t/i m0t s2 %i9m tr/m thông qua chu?i th=i gian quan tr,c và d# báo.

Hình 5.18 Chu=i th>i gian quan tr3c và d, báo s+ #2t không khí l%nh t%i m&t s+ #i.m

tr%m theo REG

5.4.5. D* báo kh3 n4ng xu5t hi&n n6ng nóng và rét #7m T!"ng t# nh! v*i các bi(n : trên, ta kh5o sát tO l+ d8ng cho m?i ph!"ng trình d#

báo nh! trên hình P5.34, P5.35 và P5.36 v*i khác bi+t là sD d>ng chB s2 BSS thay vì chB s2 RV do y(u t2 d# báo mang tính xác su$t. V*i FDA, có th9 th$y ngay r<ng BSS trên t)p s2 li+u %0c l)p %&u có giá tr6 âm (không hi9n th6 mà %!4c gán b<ng 0). S# ki+n này cho th$y FDA có kE nKng d# báo kh5 nKng xu$t hi+n n,ng nóng và rét %)m th$p h"n so v*i d# báo khí h)u. V*i REEP, t!"ng t# nh! nh! FDA vào mùa hè BSS cHng có giá tr6 âm. Tuy nhiên, BSS vào mùa %ông và xuân có giá tr6 d!"ng dù khá nh;. S# ki+n này cho th$y REEP có kE nKng d# báo kh5 nKng xu$t hi+n rét %)m và n,ng nóng t2t h"n d# báo khí h)u vào mùa %ông và mùa xuân. Do BSS âm theo ph!"ng pháp FDA nên %& tài th2ng nh$t sD d>ng tO l+ d8ng t8 mô hình REEP cho FDA v*i hi+n t!4ng n,ng nóng là 15% trong khi %2i v*i hi+n t!4ng rét %)m tO l+ này là 1%. TO l+

220

này %!4c sD d>ng v*i m>c %ích xác %6nh m0t s2 chB s2 %ánh giá khác %9 có th9 so sánh ch$t l!4ng d# báo c1a FDA v*i REEP.

Hình P5.37, P5.38 và P5.39 t!"ng -ng cho ta phân b2 c1a BSS trên toàn b0 khu v#c Vi+t Nam trong 2 mùa xuân và h/ v*i kh5 nKng xu$t hi+n n,ng nóng theo REEP và FDA và trong mùa %ông v*i kh5 nKng xu$t hi+n rét %)m. T!"ng %Fng v*i nh)n xét tr!*c %ó khi xác %6nh tO l+ d8ng : trên có th9 th$y BSS t/i t8ng %i9m tr/m có giá tr6 r$t th$p hoGc th)m chí âm. D# báo kh5 nKng xu$t hi+n n,ng nóng vào mùa xuân vIn cho k(t qu5 kh5 quan h"n v*i BSS cao nh$t %/t %!4c t/i tr/m Nha Trang có giá tr6 0.72 theo REEP. CCn chú . r<ng các %i9m tr/m xu$t hi+n trên hình ít h"n so v*i danh sách 58 %i9m tr/m do có nhi&u %i9m tr/m không qua %!4c các tiêu chuPn v*i y(u t2 d# báo nh! trình bày trong m>c 5.3.2. HoGc t/i các tr/m này tCn su$t khí h)u xu$t hi+n n,ng nóng có giá tr6 0% hay 100% và không cCn thi(t ph5i thi(t l)p ph!"ng trình d# báo t/i %ây. Riêng v*i hi+n t!4ng rét %)m %& tài chB xây d#ng quan h+ th2ng kê trên khu v#c B,c Trung B0 tr: ra.

Bi&u %F tin c)y v*i d# báo hi+n t!4ng n,ng nóng và rét %)m theo REEP và FDA %!4c cho trên hình 5.19, 5.20 và 5.21. V*i hi+n t!4ng n,ng nóng, bi9u %F tin c)y theo REEP cho th$y vào mùa xuân d# báo có %0 tin c)y cao h"n so v*i mùa hè. Vào mùa hè d# báo th!=ng có xu h!*ng thiên cao. L0 phân gi5i cHng nh! %0 nh'n c1a d# báo vào hai mùa không cao khi d# báo th!=ng t)p trung quanh giá tr6 khí h)u. V*i hi+n t!4ng rét %)m, bi9u %F tin c)y l/i cho th$y xu h!*ng d# báo thiên th$p. Tuy nhiên, %0 phân gi5i cHng nh! %0 nh'n c1a d# báo t2t h"n so v*i d# báo n,ng nóng khi s2 d# báo t)p trung nhi&u : 2 %Cu xác su$t 0% và 100% thay vì t)p trung quanh giá tr6 khí h)u 50-60%.

V*i mô hình FDA, c5 ba bi9u %F %&u cho th$y d# báo không có %0 phân gi5i khi các %i9m trên %F th6 th!=ng r"i ra ngoài vùng phân gi5i, %0 tin c)y th$p. D# báo n,ng nóng th!=ng có xu h!*ng thiên cao trong khi d# báo rét %)m th!=ng có xu h!*ng thiên th$p. Tuy nhiên, %0 nh'n c1a d# báo l/i khá l*n khi d# báo th!=ng t)p trung nhi&u : 2 %Cu xác su$t 0% và 100% nh!ng %i&u này không có nhi&u . nghNa khi %0 tin c)y và %0 phân gi5i không %!4c %5m b5o.

Tóm l/i, mô hình REEP cho th$y m0t kE nKng d# báo t2t h"n d# báo khí h)u dù không nhi&u trong khi mô hình FDA t; ra không có kE nKng %2i v*i kh5 nKng xu$t hi+n n,ng nóng và rét %)m. Kh5 nKng xu$t hi+n n,ng nóng vào mùa xuân %!4c REEP d# báo t2t h"n so v*i vào mùa hè. Các ph!"ng trình thu %!4c có th9 -ng d>ng trong d# báo h/n tháng cho xác su$t xu$t hi+n n,ng nóng và rét %)m.

Các ph!"ng trình hFi quy theo REEP %!4c áp d>ng vào d# báo v*i mô hình CFS thay th( cho NNRP2. Th=i %i9m d# báo b,t %Cu ngày 03/01/2010. H/n d# báo là 10 tháng tính t8 th=i %i9m b,t %Cu d# báo t!"ng -ng v*i h/n d# báo trong th#c t( c1a CFS. PhCn d!*i %ây s3 %!a ra ví d> cho d# báo n,ng nóng vào các tháng mùa xuân và hè. D# báo rét %)m do chB có ba tháng mùa %ông s3 không %!4c hi9n th6 trên %F th6. Hình 5.22 cho ta chu?i th=i gian d# báo kh5 nKng xu$t hi+n n,ng nóng t/i m0t s2 %i9m tr/m. Các chu?i th=i gian này cHng bao gFm c5 d# báo khí h)u.

221

Hình 5.19 Bi9u #$ tin c:y trên khu v,c Vi-t Nam trong mùa xuân và hè trên t:p s+ li-u

#&c l:p theo REEP cho kh4 n;ng xu<t hi-n n3ng nóng

Hình 5.20 Bi9u #$ tin c:y trên khu v,c Vi-t Nam trong mùa xuân và hè trên t:p s+ li-u

#&c l:p theo FDA cho kh4 n;ng xu<t hi-n n3ng nóng

222

Hình 5.21 Bi9u #$ tin c:y trên khu v,c Vi-t Nam trong mùa #ông trên t:p s+ li-u #&c

l:p theo REEP và FDA cho kh4 n;ng xu<t hi-n rét #:m

Hình 5.22 D, báo kh4 n;ng xu<t hi-n n3ng nóng cho mùa xuân và hè n;m 2010 t%i

m&t s+ #i.m tr%m theo ph1"ng pháp REEP d,a trên s+ li-u d, báo c8a CFS

223

5.4.6. D* báo BVN và BBD Toàn b0 s2 li+u sD d>ng %!4c chia thành hai t)p: s2 li+u ph> thu0c t8 nKm 1961

%(n 2000 và s2 li+u %0c l)p t8 nKm 2001 %(n nKm 2007. K(t qu5 xây d#ng các ph!"ng trình hFi qui (ph!"ng pháp REG) %!4c cho trong b5ng 5.6.

B4ng 5.6 H- s+ h$i qui và các nhân t+ d, báo trong ph1"ng trình Nhân t2 d# báo BBD BVN NBBD NBVN

Y(u t2 d# báo H+ s2 a0 0.35 0.22 3.24 2.57 Repac 0.99 Rindo 3.06 1.57 Soi -0.76 -0.75 -2.70 WP -0.57 AnoNino3 -2.97 -7.43 AnoNino4 -2.59 -4.54 -16.23 -7.79 U200 -0.10 U200_850 -0.35 -0.30 HSTQ B0i 0.65 0.74 0.68 0.61 Sai s2 quân ph!"ng 2.27 1.81 8.12 5.84

Có th9 nh)n th$y các nhân t2 ENSO gi7 vai trò quan tr'ng nh$t trong các ph!"ng trình hFi quy. Trong %ó, nhân t2 AnoNino4 (D6 th!=ng SST khu v#c Nino 4) xu$t hi+n : t$t c5 các ph!"ng trình v*i h+ s2 hFi qui âm. Nhân t2 Soi cHng có mGt trong hCu h(t các ph!"ng trình (tr8 ph!"ng trình d# báo s2 ngày BVN). Chênh l+ch gió vN h!*ng m#c 200 mb-850 mb xu$t hi+n : c5 2 ph!"ng trình d# báo s2 ngày bão.

Hình 5.23 K7t qu4 d, báo trên t:p s+ li-u ph6 thu&c dA th1>ng s+ l12ng (trên) và s+

ngày ho%t #&ng (d1'i) c8a BBD (trái) và BVN (ph4i) DN nhiên khó có th9 lí gi5i v& mGt c" ch( v)t lí c1a các nhân t2 %2i v*i s# ho/t

%0ng bão : %ây. Tuy nhiên vIn có th9 th$y dao %0ng quy mô l*n có . nghNa nh$t %6nh trong vi+c d# báo bão quy mô mùa. Vai trò c1a các nhân t2 nhóm ENSO %!4c khMng %6nh, trong %ó khu v#c Nino4 cCn %!4c chú . nhi&u h"n.

Hình 5.23 là %F th6 bi9u di@n k(t qu5 d# báo trên t)p s2 li+u ph> thu0c (t8 nKm 1961 %(n nKm 2000). L!=ng màu xanh là giá tr6 d# báo, %!=ng màu %; là giá tr6 quan tr,c. Nhìn chung, mô hình %ã d# báo %!4c xu th( dao %0ng trong ho/t %0ng c1a bão :

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

1961

1963

1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

D! Báo

Quan Tr"c

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

1961

1963

1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

D! Báo

Quan Tr"c

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

1961

1963

1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

D! Báo

Quan Tr"c

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

1961

1963

1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

D! Báo

Quan Tr"c

224

c5 khu v#c bi9n Lông và Vi+t Nam. Tuy v)y có nh7ng nKm sai s2 d# báo khá l*n. Sai s2 l*n trong d# báo s2 l!4ng bão r"i vào các nKm 1964, 1974, 1995, còn trong d# báo s2 ngày ho/t %0ng bão là các nKm 1966, 1973, 1995. D# báo trên b0 s2 li+u %0c l)p cho th$y mô hình %ã n,m b,t t2t dao %0ng trong ho/t %0ng c1a bão (hình 5.24).

Hình 5.24 K7t qu4 d, báo trên t:p s+ li-u #&c l:p dA th1>ng s+ l12ng (trên) và s+ ngày

ho%t #&ng (d1'i) c8a BBD (trái) và BVN (ph4i)

5.5 Nh,n xét chung T8 các nghiên c-u : trên có th9 %!a ra m0t s2 nh)n xét sau:

• Có th9 áp d>ng d# báo các y(u t2 nhi+t %0 c#c tr6, kh5 nKng xu$t hi+n n,ng nóng và rét %)m vào th#c t( cho d# báo mùa.

• D# báo s2 %4t m!a l*n cHng nh! s2 %4t rét %)m có ch$t l!4ng th$p %òi h;i nh7ng nghiên c-u ti(p theo trong t!"ng lai.

• Ph!"ng pháp REG th!=ng cho k(t qu5 d# báo t2t h"n so v*i các ph!"ng pháp khác nh! ANN hay FDA. Tuy nhiên REG có xu h!*ng %!a giá tr6 d# báo v& giá tr6 khí h)u.

• Chi(n l!4c l#a ch'n nhân t2 theo %i9m l!*i gCn nh$t th!=ng t2t h"n so v*i l#a ch'n nhân t2 qua PCA ngo/i tr8 vào mùa %ông. Trong t!"ng lai có th9 k(t h4p !u %i9m c1a 2 ph!"ng pháp này khi sD d>ng PCA trên m0t mi&n tính nh; 4x4 %i9m xung quanh %i9m tr/m.

• MGc dù sai s2 d# báo còn khá l*n, song có th9 th#c hi+n d# báo h/n mùa s2 l!4ng và s2 ngày bão ho/t %0ng cho BBD và BVN b<ng mô hình hFi qui tuy(n tính nhi&u bi(n khi sD d>ng các chB s2 khí h)u làm nhân t2 d# báo.

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

D! Báo

Quan Tr"c

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

D! Báo

Quan Tr"c

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

D! Báo

Quan Tr"c

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

D! Báo

Quan Tr"c